淺析PLC系統(tǒng)干擾問題及解決方案

董笑飛

【摘 要】在石油化工企業(yè)呀PLC控制系統(tǒng)被廣泛的應用在各自動控制生產(chǎn)裝置上，是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的設備，盡管PLC在設計制造時已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應，但是為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還是應當盡量使PLC有良好的工作環(huán)境條件，并采取必要的抗干擾措施。

【關鍵詞】P L C、干擾、系統(tǒng)、電磁

【中圖分類號】 C931.6【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0034-01

前言

隨著科學技術的進步，PLC在石油化工生產(chǎn)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到石油化工生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟運行和安全生產(chǎn)，PLC系統(tǒng)的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動控制系統(tǒng)中所應用的PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各種電器設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，就要了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運行。

一、電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。

干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按聲音干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V 以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O 模件損壞率較高的原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

二、PLC 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

1、來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC 內(nèi)部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；而是對PLC 通信內(nèi)網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

2、來自系統(tǒng)外引線的干擾

主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。

3、 來自電源的干擾

PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉(zhuǎn)動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

4、來自信號線引入的干擾

與PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC 控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

5、來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC 系統(tǒng)將無法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時，地線電流將更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC 的邏輯運算和數(shù)據(jù)存儲，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

6、來自PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設計的內(nèi)容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。

三、解決PLC系統(tǒng)干擾措施及方案

1、解決PLC系統(tǒng)抗干擾的措施

選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源、動力線和信號線走線要更加合理等等，能解決干擾，但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。

利用信號隔離器解決干擾問題。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種產(chǎn)品，就可有效解決干擾問題。

2、選用信號隔離器的原因及工作原理

解決PLC系統(tǒng)干擾首選信號隔離器的原因：（1）使用簡單方便、可靠，成本低廉。（2）可大量減輕設計人員、系統(tǒng)調(diào)試人員工作量，即使復雜的系統(tǒng)在普通的設計人員手里，也會變的非常簡單可靠。

信號隔離器工作原理：首先將PLC接收的信號，通過半導體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。

3、隔離器的選擇原則

隔離器位于二個系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應前后端通道接口模式。此外尚有精度、功耗、噪音、絕緣強度、總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關、功耗熱量與可靠性有關，這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性價比是選擇隔離器的主要原則。

結束語

PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是系統(tǒng)的一個重要組成部分，應采用一些抗干擾措施與方法，防止系統(tǒng)的誤動作。在實際應用中可以同時利用硬件和軟件等抗干擾技術，合理有效的抑制干擾，讓PLC系統(tǒng)滿足生產(chǎn)要求，保持穩(wěn)定可靠的運行狀態(tài)。

參考文獻

[1]張炳占，PLC干擾源及預防[A]，河北省軋鋼技術與學術年會論文集（下），2009年

[2]李占鋒，淺析PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題[J]，機械，2010年02期