PLC的抗干扰与可靠性分析

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摘 要：目前plc广泛应用于工业控制的各个领域，其可靠性直接影响到企业的安全生产和系统的稳定运行，因此讨论其可靠性是非常必要的。PLC的抗干扰能力是影响PLC可靠性的关键因素， 本文通过对PLC的抗干扰分析，探讨了提高控制系统可靠性的措施。

关键词：PLC 可靠性 抗干扰

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-02

Anti-jamming and reliability analysis of PLC

You Zhongguo

（Nanchong Professional Technic College， Sichuan Nanchong，637131， China）

Abstract： at present， PLC is widely applied to every field of industrial control， its reliability directly affects the stable operation of production safety and the system of the enterprise， so it is very necessary to discuss its reliability. PLC anti-interference ability is a key factor affecting the reliability of PLC， this paper through the analysis on the anti-interference of PLC， discusses how to improve control system reliability measures.

Keywords： PLC reliability， anti-interference

可编程控制器，简称PLC，是一种高效的工业现场控制设备。伴随着PLC技术的快速发展，它在工业控制领域的应用也越来越广泛，应用环境越来越复杂，随时都受到来自各个方面的干扰且不断变化。尽管PLC在设计制造时已经采取了很多措施使它适应工业环境，但在面对恶劣的工作条件时，为了确保整个系统可靠运行，还必须采取必要的抗干扰措施。

1 PLC控制系统的干扰源

PLC控制系统的干扰分为电磁干扰和非电磁干扰。电磁干扰大都来源于用电设备电流或电压的剧烈变化，突变的电流或电压在用电设备周围产生可变磁场，进而对周边设备产生电磁辐射并造成干扰。而非电磁干扰则是指除电磁干扰以外的其它环境因素引起的干扰，如PLC温升过高、机械抖动等引起的干扰。下面对这两个方面进行分别说明。

1.1 电磁干扰源

电磁干扰，简称EMI，是干扰PLC控制系统的主要因素，通常是以传导耦合和辐射耦合额的方式进行传播的，其来源为：

（1）来自电源的干扰

PLC控制系统的电源通常由电网提供。电网中某些大型电力负荷起停时的尖峰电流、电网短路时的冲击电流、雷电时的感应过电流等都会在电网中引起过电压，并通过输电线路对接入同一个电网的PLC控制系统供电电源造成严重干扰，引起PLC控制系统的失控和误动作，甚至造成PLC死机。

（2）来自配电柜内的干扰

PLC通常会与接触器、继电器、电磁阀等众多设备组成电气控制系统，并被混合安装在同一个配电柜内，这些电器的通断控制同样会PLC产生一定程度电磁干扰。

（3）来自信号线的干扰

由于PLC的I/O端子通过各类信号线直接与现场输入输出设备相连，由于控制线中传输的信号大多低压信号，很容易受到外部电磁干扰。在信号的传输过程中，外部干扰信号就会通过连接PLC的I/O端子传输线侵入。由信号线引入的干扰将使PLC仪表检测精度降低，造成I/O端子信息异常，输入输出设备误动或拒动，严重时将造成设备的损毁。

（4）接地系统混乱造成的干扰

接地是提高PLC电磁兼容性（EMC）的有效手段。正确的接地，不仅可以抑制电磁干扰的影响，还能抑制设备向外发出干扰。但接地方式多样，一旦出现接地不当将会导致因各个接地点的电位差而产生的地环路电流引入严重的干扰信号，影响PLC控制系统运行。

（5）来自变频器的干扰

在需要变频调速的控制系统中，PLC与变频器的组合应用非常普遍。变频器是利用电力电子半导体器件的频繁快速通断实现电信号的频率变换的，整流电路和逆变电路使得变频器的输入侧和输出侧的电压、电流都含有丰富的谐波，造成电网波形的畸变，从而将干扰引入PLC。

1.2 非电磁干扰源

（1）PLC运行过程中，温度、湿度、震动、空气等外部环境因素都会对PLC的可靠性造成影响。一般情况下，PLC要求在温度为0～55℃且通风良好、湿度低于85%、无腐蚀性气体接触、低震动的外部环境下工作，否则将对系统引入干扰。

（2）由于长时间的使用，PLC的线路老化、机械触点松动以及附属的传感器设备和执行机构老化失灵、触头接触不良等原因造成传输信号时断时续、信号偏差等现象引入的干扰，使得PLC无法获取准确的现场信号无法或执行机构不能正常的执行PLC发出的命令，从而造成控制出错，导致系统无法正常工作， 降低了系统可靠性。

2 抗干扰措施

2.1 尽量改善环境条件，满足PLC运行要求

对于PLC的自然工作环境不能完全满足PLC运行环境要求的情况，应当尽量改善环境条件，以满足PLC运行要求。例如：使用环境通风散热空间狭小时应加装通风冷却设备；使用环境不可避免震动时必须采用减震胶等减震措施；使用环境有腐蚀性气体时可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

2.2 合理选择系统电源

在PLC控制系统中，很大部分干扰来自电源，电源的好坏对PLC控制系统可靠性影响极大。为减少电网对PLC控制系统的干扰，对电源采取的抗干扰措施有：（1）隔离

采用隔离变压器对PLC控制系统供电，隔离变压器的变比为1：1，其容量应选取实际容量1.2～1.5倍。

（2）滤波和交流稳压

为了抑制大容量负荷起停引起的电网电压波动，保持交流供电电压的稳定，还要在隔离变压器前加入LC低通滤波器和交流稳压设备。

（3）屏蔽

为了降低电源线之间的相互干扰，隔离变压器的二次线圈连接线应选择屏蔽双绞线，并将屏蔽层良好接地。

（4）分离供电

PLC主机和其I/O端子负荷的供电分别由各自独立的隔离变压器供给。

2.3 I/O信号线的合理选择与配线

（1）由于双绞线可以有效抑制磁场干扰，屏蔽线可以有效抑制电场干扰，综合二者优点，采用屏蔽双绞线作为PLC的I/O信号传输线可以起到很好的抗干扰效果。对于数字量输入信号，还要采用光电耦合器隔离，减少外部干扰的引入。

（2）应将I/O信号线与系统的大功率动力线分槽配接并尽量避免并行，这样不仅能使二者保持较大的空间距离，还可充分利用线槽的屏蔽功能将干扰降到最低。如果必须在同一线槽内走线，则应做到分开捆扎。

（3）PLC的I/O端连接的电磁感应开关、继电器、接触器等感性电器元件时，对于交流通路，应在感性元件两端并接RC阻容吸收电路，对于直流通路，应在感性元件两端并接续流二极管，以抑制电压变化率和电流变化率过大而引起的电磁干扰。

（4）对于较大容量的感性负载应采用中间继电器驱动的方式，有效隔离由于感性负载变化引起的尖峰电流的干扰。

2.4 选择正确的接地方式，避免地线环流

正确的接地是消除电磁干扰，保证系统可靠运行的重要措施。

（1）PLC控制系统最好采用单独接地的方式。如果不能确保单独接地，可采用公共接地的方式，但决不允许采用与其他设备串联接地接地的方式。

（2）抑制导线之间的电磁干扰最有效的方法就是屏蔽干扰源，因此信号线屏蔽层的接地也十分关键，通常采用一端等电位接地的方式，以避免产生地线环流。当信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；当信号源不接地时，屏蔽层应在PLC侧接地。

2.5 变频器干扰的抑制

对于有变频器参与的PLC控制系统，还要抑制来自变频器的干扰信号。

（1）采用隔离变压器对变频器供电，抑制变频器与电源之间的传导干扰。

（2）在变频器与电源之间、变频器与电动机之间分别加装EMI滤波器，减少能量传输过程中变频器所产生的高频电磁辐射对PLC引入的干扰。

2.6 采取必要的软件抗干扰措施

由于干扰源的复杂性，要根本消除干扰的影响是不可能的，因此还可以在PLC控制系统的软件方面进行抗干扰设计，进一步提高系统的可靠性。例如：使用数字滤波的方法提高输入信号的信噪比；采用限幅法、算术平均法编写软件程序等来预防大幅度随机干扰；采用编写软件延时程序防止按键抖动引入的干扰；当PLC受到尖锋电磁干扰而出现用户程序死循环时，利用“看门狗”程序能够实现用户程序自动恢复正常运行。

3 结语

随着PLC的应用越来越广泛，影响PLC控制系统工作可靠性的因素也越来越复杂。因此，在系统抗干扰设计过程中，只有充分考虑到对PLC的各种干扰因素，采取适当的抗干扰措施，才能使PLC控制系统可靠地运行。

参考文献

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