浅析PLC控制系统通讯干扰因素及防范措施

浅析 PLC 控制系统通讯干扰因素及防范措施

吉洪 1 冉龙腾 1 豆礼梅 1 蒋显龙 2 刘元虎 1

1 攀枝花攀 煤联合焦化有限责任公司 四川攀枝花 617016 2 四川能投攀枝花煤化新能源有限公司 四川攀枝花 617016

摘要:PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产，通讯干扰易造成PLC控制系统故障和开关量输入输出模块通道故障。本文浅析了造成通讯干扰的因素，提出了抗干扰措施，解决了公司PLC系统的通讯故障，确保PLC控制系统的平稳运行。

关键词: PLC控制系统；干扰因素；抗干扰；防范措施

Analysis of PLC control system communication interference factors and preventive measures

Jihong ¹ Ran Longteng ¹ Dou Limei ¹ Jiang Xianlong ² Liu Yuanhu ¹

(1 Panzhihua Panzhihua coal United Coking Co., Ltd.; 2 Sichuan energy investment Panzhihua coal chemical new energy Co., Ltd. Panzhihua 617016, China)

Abstract: the reliability of PLC control system directly affects the safety production of industrial enterprises, communication interference is easy to cause PLC control system failure and switch input and output module channel burned. This paper analyzes the factors causing communication interference, puts forward anti-interference measures, solves the communication fault of PLC system, and ensures the smooth operation of PLC control system.

Key words: PLC control system; Interference factors; anti-interference; Preventive measures

前言

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC技术与传统的技术相比，有着明显的优势,有效的提高了企业的管理方式和有序的发展。但是，PLC控制系统通讯干扰导致系统运行不稳定的相关问题也逐渐暴露，对企业的有序发展带来较大影响^[1]。因此，PLC控制系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。

我公司熄焦车电机车采用西门子S7-300PLC控制系统，通过PROFIBUS-DP同轴电缆通讯控制两台西门子变频。在生产过程中西门子PLC控制系统经常出现通讯故障（F082故障），开关量输入输出模块通道经常被烧毁等问题，经研究分析，通讯干扰是造成故障主要原因，解决干扰问题迫在眉睫。

1 干扰因素的分析

1.1 电源引起的传导干扰

传导干扰主要指系统外引线干扰，通过电源与信号线引入，电网和电源干扰。PLC控制系统在运行过程中离不开对电力的使用，与其它电气设备相同，该系统供电电源也均为供电电力网提供。但由于受到电网自身特点的影响，电力在供给时出现的干扰、断电及波动均能够对PLC控制系统造成不同程度的干扰，对其稳定性及编程系统的合理性产生一定影响。通过对故障进行排查及分析后可知，由于该设备的变频线路属于公共接线槽，而变频器在工作中由于会产生一定电力波动，而该波动程度大于其它系统线路电源电压承受范围，因此在其过程中对电源温度变送器产生一定影响。而在PLC供电电源、各个变压器供电电源以及其他电器连接仪表电源等在运作时均会对系统主供电电源产生不同程度的影响，而这些干扰信号最终也因耦合等形式不断进入系统信号线路中，对其产生影响。

1.2 接地混乱引起的干扰

正确的接地方法，能够抑制电磁的干扰，还可以抑制相关设备对外产生干扰；而接地错误，会引发严重的信号干扰，使得PLC系统不能正常的工作。通过接地可使电气设备兼容性得到提高，达到加强并提高控制系统整体水平。PLC接地引起的干扰主要是由于 PLC系统接地、交流接地、屏蔽接地和保护接地等接地混乱，其产生地环流，极有可能产生不等电位，分布于地线之上，对PLC内的逻辑电路与模拟电路正常的作业产生影响。另外，接地线、屏蔽层以及大地或许会构成闭合环路，在变化磁场作用之下，屏蔽层内会感应电流存在，通过屏蔽层和芯线间的藕合，对信号回路产生干扰

^[2]。

1.3 来自PLC系统内部的干扰

来自PLC系统内部的干扰是系统内电路间和元器件的电磁辐射产生的，逻辑地和模拟地的相互影响，逻辑电路之间的相互辐射及它对模拟电路的影响，元器件的使用不匹配等，并且与PLC 产品本身的电磁兼容设计有关，使用时可依据自动控制系统的设计选择抗干扰能力好的PLC 产品。

1.4空间的辐射干扰

电气设备的启动、雷电、电力网络、断开瞬间等产生的电磁场是空间辐射的主要磁场，对导线、线路、壳体上的辐射、调制、吸收均有影响，分布广且复杂。

2 抗干扰的防范措施

2.1 采取科学方法降低电力干扰

利用加装隔离及滤波等设备，降低外界因素对电源稳定性的干扰。通过安装屏蔽设备，能够有效抑制外界电压波动对系统电源的影响，能降低干扰效果，保证系统内部能够稳定运行。选择或更换成具有较高抗干扰性及较长使用寿命等特点的电源，电源中稳定的电压能够在一定程度上将电网大容量和影响电力电压波动幅度的因素进行隔离开来，使其无法对电源产生影响，而保证电源中的电压波动保持在范围内，维护PIC控制系统稳定^[3]。将主电源与其它控制系统电源分离外来，并在其他系统中增加各自独立的变压器，而在当其它系统出现断电惰况时该系统仍然能够稳定运行。

2.2 规范接地点

选择正确的接地点，进行接地系统的完善。接地系统完善，是进行PLC控制系统的抗电磁干扰可采取的重要方法，是保障PLC可靠工作之必要的条件。接地主要是为了安全和抑制干扰。系统的接地方法包含直接接地、电容接地和浮地这三种方式。对PLC控制系统来说，属于高速低电平的控制装置，应当采取直接接地的方式，接地线为专用的接地线，直径在2mm之上，接地的电阻要小于4Ω，接地点要和其它的动力设备接地点区分开来，接地极和PLC的距离越近越好，即为接地线越短越好。由于信号电缆的分布电容、输入装置滤波等影响装置间的信号的交换频率一般都在1MHz之下，因此PLC控制系统的接地线一般采用一点接地与串联一点接地的方式。

2.3规范布线，防止信号互侵

通过对电磁信号干扰原因进行分析后发现，无论是外界信号干扰还是接地干扰，归根结底都是由于线缆在铺设及接地时出现锚铺设现象而造成的，正确的线缆铺设及接地方法能够在很大程度上发挥其降低干扰的作用^[2]。固在铺设及接地前，应做好线缆检查工作，确保线缆完好无损的情况下对其按照传送信号的类型等作用进行分类，确保在对信号进行正确归类的同时降低其互相干扰的程度，禁止出现利用同一电缆进行动力及传输其它弱电信号，避免因混乱增加电磁干扰情况。

2.4 屏蔽接地

对PROFIBUS-DP通讯同轴电缆的屏蔽层进行多端大面积接地以保证屏蔽层等电位，采用电缆全部穿铁管，并将铁管做良好接地，DP头也必须良好接地。模拟量的信号线也应当进行屏蔽层接地。

3 结束语

PLC控制系统干扰是一个比较复杂的问题，在抗干扰设计当中要进行各个方面因素的综合考虑，具体问题具体分析，对症下药，将存在的干扰现象进行合理有效地抑制，保证PLC系统正常工作。结合我公司实际情况，在对熄焦车控制系统采用抗干扰措施以来，未出现因干扰导致的西门子变频F082故障、控制系统通讯故障，以及模块通道烧毁等情况。

参考文献

[1]唐广吉.PLC控制系统干扰及抗干扰措施研究[J].中国科技投资.2017,(10).296.

[2]鲁炳文,赵亮.PLC控制系统的干扰因素分析与抗干扰措施[J].工业仪表与自动化装置,2011,(3).97-99.
[3]豆江海,付正印.PLC控制系统干扰及抗干扰措施研究[J].区域治理.2018,(5).258.