工业 PLC控制系统的抗干扰问题探讨

工业 PLC控制系统的抗干扰问题探讨

闫怿琦 1.2 张宏伟 1

1. 河南理工大学 河南 焦作 454000

2.国网河南省电力公司焦作供电公司 河南 焦作454000

摘要：科技的进步，促进工业建设事业得到快速发展。可编程逻辑控制器(PLC)是用于工业现场的前端自动化技术基础装备，可以直接在大多数工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或安装使用不当时，就会造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出。在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量。尽管PLC在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰能力。本文就工业PLC控制系统的抗干扰问题展开探讨。

关键词：PLC控制系统；抗干扰；措施

引言

就PLC本身来说，在设计和制造过程中厂家已采取了多层次的抗干扰措施，具有一定的稳定性和可靠性，但由于PLC的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。使系统不能正常工作。因此，研究PLC控制系统抗干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。

1影响PLC控制系统干扰的主要因素

1.1电源干扰

电源干扰即电网干扰,例如大功率用电设备的启动或者停止引起电网电压的波动形成低频干扰。轧钢厂主轧机电机、电炉炼钢厂的交直流电弧炉及精炼炉、制氧厂的空分机及压缩机电机、高炉车间的鼓风机电机等均是较大的用电设备。电焊机、氩弧焊机、电火花加工设备(如八钢博业的钢筋预制网车间)及电动机等会产生高频火花电流造成干扰。高速电子开关的通断会产生高次谐波,晶闸管整流设备、变频调速装置等在运行中都会产生大量的高次谐波,从而产生高频干扰。大功率开关的通断在电网上会出现尖峰脉冲,这种尖峰脉冲一旦叠加于电网的正弦波上,经交流电源窜入PLC,会对PLC造成很大的危害。

1.2辐射干扰

辐射电磁场主要是由电力电网、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视和雷达等产生的，通常称为辐射干扰。若此时PLC置于其辐射场内，其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小，特别是与频率有关。

1.3信号线引入的干扰

此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起：I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成I／O模件损坏数相当严重。

2PLC故障现象

若线路敷设不合理,高电压、大电流接通和断开时产生的强电干扰可能会在PLC输入线上产生很强的感应电压和感应电流,足以使PLC输入端的光电耦合器中的二极管发光,使光电耦合器的抗干扰作用失效,导致PLC产生误动作,从而使设备出现误动作。有时可以观察到无信号输入时,PLC输入点的发光二极管也会闪动,开关柜上的信号灯出现微弱的信号。通过实际检测,在AC220V控制回路中,系统的感应电压可以达到80～160V。这种干扰信号除了经PLC输入端侵入PLC外,也可能经PLC的电源侵入PLC。干扰使PLC的图像信号传输模糊不清,使PLC的通道被烧毁;使PLC的模拟量检测信号发生较大误差,测量值与实际值有较大偏离。最为严重的是出现PLC程序跑飞现象或PLC系统死机,导致PLC控制系统处于瘫痪状态。

3提高系统抗干扰能力措施

3.1PLC的选择

选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性(EMC)好的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC品牌。同时要根据应用的具体环境(电磁环境)合理选择PLC，由于我国采用的是220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网，我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化也就大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，因而对系统抗干扰能力也就更高。

3.2电源接地

将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得＞4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统接地。

3.3电源部分的抗干扰方法

电源变压器是电源部分的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要大1.2～1.5倍左右。PLC供电系统可采用如下方式，控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时，而不会影响其他部分，如输入、输出供电中断时，控制器仍能继续供电，提高了系统的可靠性。

3.4信号与屏蔽接地

一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。例如：某铜矿冶炼炉，某电工将PLC系统的系统地、屏蔽地、保护地接到一起，调试过程中，整个炉子的控制系统极不稳定，如时常接收到误信号(PLC接收到引风机、循环水泵、给水泵等掉电信号，而实际上以上设备均正常运行)，使炉子连锁紧急停炉，严重威胁到生产的正常运行。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

结语

在PLC系统设计时应针对不同的工作环境采取相应的抗干扰措施,以避免出现误动作或控制系统处于瘫痪状态,保证PLC控制系统安全、可靠、稳定地运行。

参考文献

[1]陈宇.可编程序控制器基础及编程技巧[M].广州：华南理工大学出版社，2017.

[2]陈在平.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2017.