導(dǎo)讀: plc控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行颖榜，plc系統(tǒng)的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵叶摄。因此，分析研究plc應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的碗淌。

1 引言

　　可編程序控制器（plc）作為新一代的工業(yè)控制器盏求，因其具有通用性好，實用性強亿眠，硬件配套齊全风喇，編程方法簡單易學(xué)等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于電力、機械缕探、紡織、電子还蹲、交通運輸爹耗、石油化工等行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)中∶蘸埃可編程控制器是專門為工業(yè)控制設(shè)計的劣秦，在設(shè)計和制造過程中廠家采取了多層次抗干擾措施，使系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作巨陌。運行的穩(wěn)定性和可靠性很高蔼邓，plc整機平均無故障工作時間高達幾萬小時。隨著計算技術(shù)的發(fā)展巡抛，plc的功能也越來越強侨懈，使用越來越方便。但是追艘，整機的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提凄系，還必須在設(shè)計和安裝plc系統(tǒng)過程中采取相應(yīng)的措施穴肄，才能保證系統(tǒng)可靠工作。如果plc的工作環(huán)境過于惡劣量票，如溫度過高人度、濕度過大、振動和沖擊過強来讯，以及電磁干擾嚴(yán)重或安裝使用不當(dāng)?shù)壤酰紩苯佑绊憄lc的正常、安全舶得、可靠的運行掰烟，

　　加上外圍電路的抗干擾措施不力，而使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大降低扩灯，甚至出現(xiàn)故障媚赖。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)予以充分的考慮珠插，在硬件上進行適當(dāng)配置并輔以相應(yīng)的軟件惧磺，以實現(xiàn)系統(tǒng)故障的防范。plc控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行捻撑，plc系統(tǒng)的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵磨隘。因此，分析研究plc應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的顾患。要提高plc控制系統(tǒng)的可靠性番捂，一是在硬件上采取措施;二是在軟件上設(shè)計相應(yīng)的保護程序;因此，plc控制系統(tǒng)的抗干擾非常重要江解。本文將主要探討plc控制系統(tǒng)中常見的干擾源及其防范措施设预。

2 干擾源

　　plc系統(tǒng)的干擾源根據(jù)其來源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。內(nèi)部干擾源主要包括：由于元器件布局不合理造成內(nèi)部信號相互串?dāng)_;線路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩;數(shù)字地废筒、模擬地和系統(tǒng)地處理不當(dāng)焦忌。外部干擾源包括供電電源電壓波動和高次諧波的干擾;開關(guān)通斷形成的高、低頻干擾;動力強電信號在系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢引起的干擾;其它設(shè)備通過電容耦合串入控制系統(tǒng)而引起的干擾等棉挤。按鈕绳粮、繼電器等工作時觸點間產(chǎn)生的電弧，雷擊和靜電產(chǎn)生的火花放電岳扒，接觸器線圈需天、斷電器線圈、電磁鐵線圈等感應(yīng)負(fù)載斷開時產(chǎn)生的浪涌電壓掘叫，外界的高頻加熱器猩禀、高頻淬火設(shè)備、雜亂的無線電波信號、電源電壓的波動等等喘茵，以上這些都是能夠使plc出現(xiàn)誤動作的典型干擾源浩淹，以下簡單介紹一下共模干擾和常模干擾。

　≌汕帷（1） 共模干擾

　　電源線井辜、輸入/輸出信號線與接地線之間所產(chǎn)生的電位差會對plc內(nèi)部回路與各線路的外部信號之間的寄生電容進行放電，引起plc內(nèi)部回路電壓劇烈波動管闷，這種干擾稱為共模干擾粥脚。各導(dǎo)線上感應(yīng)電弧、高電位的感應(yīng)電壓包个、電波和靜電等均為共模干擾源刷允。寄生電容的容量越小，plc內(nèi)部回路電壓波動也越小碧囊。

　∈髟睢（2） 常模干擾

　　連接在線路上的感性負(fù)載或感性電器設(shè)備產(chǎn)生的反電勢稱之為常模干擾，它主要存在于電源線和輸入糯而、輸出線上天通，也叫線間干擾。

3 干擾途徑

　　plc控制系統(tǒng)受到干擾的主要途徑是電源線熄驼、輸入像寒、輸出線和空中等部位。電源被干擾后瓜贾，plc控制系統(tǒng)的供電質(zhì)量變差会贝，引起plc控制失靈。輸入誊殊、輸出線被干擾后跺鬼，出現(xiàn)輸入、輸出控制紊亂鱼练《辗校空中干擾主要以電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)形式使plc的cpu出現(xiàn)誤操作伟铸。

4　硬件抗干擾措施

　　4.1 電源干擾的抑制

　　plc系統(tǒng)電源必須要與整個供電系統(tǒng)的動力電源分開，一般在進入plc系統(tǒng)之間加屏蔽隔離變壓器覆首。屏蔽隔離變壓器的次級側(cè)至plc系統(tǒng)間必須采用不小于2mm2的雙絞線厘沉。屏蔽體一般位于一、二次側(cè)兩線圈之間并與大地連接亦蟋，這樣就可消除線圈間的直接耦合护丢。另外，電源諧波比較嚴(yán)重時纲盟，可在隔離穩(wěn)壓器前面加濾波器來消除電源的大部分諧波砂沛。必要時可在供電的電源線路上接入低通濾波器烫扼，以便濾去高頻干擾信號。濾波器應(yīng)放在隔離變壓器之前碍庵，即先濾波后隔離映企。分離供電系統(tǒng)，將控制器静浴、i/o通道和其它設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來堰氓，也有助于抗電網(wǎng)干擾。

　　4.2 線間干擾的抑制

　　plc控制系統(tǒng)線路中有電源線苹享、輸入/輸出線双絮、動力線和接地線，布線不恰當(dāng)則會造成電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾得问，因此必須按照特定要求布線囤攀，如盡可能的等間距，以及避免線路繞圈等宫纬。

　》倌印（1） 接地線

　　為了安全和抑制干擾，系統(tǒng)一般要正確接地哪怔。系統(tǒng)接地方式一般有浮地方式研矗、直接接地方式和電容接地三種方式。對plc控制系統(tǒng)而言夷硅，它屬高速低電平控制裝置芒浪，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響氢滋，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1mhz谦牛，所以plc控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的plc系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式价忙，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極住建。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式皮围。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點逆辐，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于20mm2的銅導(dǎo)線捏裂，總母線使用截面大于60mm2的銅排唧尊。接地極的接地電阻小于2ω，接地極最好埋在距建筑物10～15m遠處吩屹，而且plc系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上跪另。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地;不接地時，應(yīng)在plc側(cè)接地;信號線中間有接頭時免绿，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進行絕緣處理唧席，一定要避免多點接地;多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好嘲驾，并經(jīng)絕緣處理淌哟。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。plc電源線距淫、i/o電源線绞绒、輸入、輸出信號線榕暇，交流線蓬衡、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線彤枢，而且后者應(yīng)采用屏蔽線狰晚，并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線须彼，并且要將屏蔽層接地乒萝。plc系統(tǒng)最好單獨接地，也可以與其他設(shè)備公共接地司箫，但嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地想预。連接接地線時，應(yīng)注意以下幾點：

　∪浦凇（a） plc控制系統(tǒng)單獨接地瞪卜。

　　（b） plc系統(tǒng)接地端子是抗干擾的中性端子姆已，應(yīng)與接地端子連接畴文，其正確接地可以有效消除電源系統(tǒng)的共模干擾。

　〖毕臁（c） plc系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)小于100ω删猿，接地線至少用20mm2的專用接地線，以防止感應(yīng)電的產(chǎn)生嘱悄。

　∮绫尽（d） 輸入輸出信號電纜的屏蔽線應(yīng)與接地端子端連接，且接地良好兼呵。

　⊥酶ā（2） 電源線、i/o線與動力線

　　動力電纜為高壓大電流線路萍程，plc系統(tǒng)的配線靠近時會產(chǎn)生干擾幢妄，因此布線時要將plc的輸入輸出線與其它控制線分開，不要共用一條電纜茫负。外部布線時應(yīng)將控制電纜蕉鸳、動力電纜、輸入輸出線分開且單獨布線忍法，它們之間一般應(yīng)保持30cm以上一定的間距潮尝。當(dāng)實際情況只能允許在同一線槽布線時，應(yīng)用金屬板把控制電纜饿序、動力電纜勉失、輸入輸出線間隔開來并屏蔽，金屬板還必須接地原探。隔離變壓器二次側(cè)的電源線要采用2mm2以上的銅芯聚氯乙烯絕緣雙絞軟線乱凿。經(jīng)過這樣處理的電源線、輸入芯妇、輸出線與動力線就可以減少外界磁場及它們之間的干擾帝璃。

　　4.3 外圍設(shè)備干擾的抑制

　　（1） plc輸入與輸出端子的保護

　　當(dāng)輸入信號源為感性元件肃刁，輸出驅(qū)動的負(fù)載為感性元件時茎陪，對于直流電路應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。對于交流電路孙泵，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)阻容吸收電路烫王。采取以上措施是為了防止在電感性輸入或輸出電路斷開時產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢或浪涌電流對plc輸入、輸出端點及內(nèi)部電源的沖擊崇审，當(dāng)plc的驅(qū)動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈靠鸦，應(yīng)在plc輸出端與驅(qū)動元件之間增加光電隔離的過零型固態(tài)繼電器ac-ssr。

　±枭恕（2） 輸入與輸出信號的防錯

　　當(dāng)輸入信號源為晶體管儡特，或是光電開關(guān)輸出類型時，當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管催舅，或是晶體管輸出疏唾，而外部負(fù)載又很小時，會因為這類輸出元件在關(guān)斷時有較大的漏電流函似，使輸入電路和外部負(fù)載電路不能關(guān)斷槐脏，導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯誤，為此應(yīng)在這類輸入撇寞、輸出端并聯(lián)旁路電阻顿天，以減小plc輸入電流和外部負(fù)載上的電流。

　∶锏！（3） 漏電流

　　當(dāng)采用接近開關(guān)牌废、光電開關(guān)等dc兩線式傳感器輸入信號時咽白，若漏電流較大時，應(yīng)考慮由此而產(chǎn)生的誤動作鸟缕，使plc輸入信號不能關(guān)斷晶框。一般在plc輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控硅為輸出時懂从，為避免漏電流等原因引起輸出的元件關(guān)斷不了授段，也可以在輸出端并聯(lián)一旁路電阻。

　》Α（4） 浪涌電壓

　　在控制器觸點（開關(guān)量）輸出的場合悄函，不管控制器本身有無抗干擾措施，都應(yīng)采用rc吸收（交流負(fù)載）或并接續(xù)流二級管（直流負(fù)載）磅芬，以吸收感性負(fù)載產(chǎn)生的浪涌電壓山顶。

　　（5） 沖擊電流

　　用晶體管或雙向可控硅輸出模塊驅(qū)動白熾燈之類的有較大電源負(fù)載時着癞，為保護輸出模塊抖臭，應(yīng)在plc輸出端并接旁路電阻或與負(fù)載串聯(lián)限流電阻。

　　4.4 電磁干擾的抑制

　　根據(jù)干擾模式的不同晚饰，plc控制系統(tǒng)的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾倾伶，共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入窃橄、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成感戴。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時赵腰，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高都癣，有的可高達130v以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓敦间，直接影響測控信號瓶逃，造成元器件損壞（這就是一些plc系統(tǒng)i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流廓块，亦可為交流厢绝。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換成共模干擾所形成的電壓带猴，這種電壓疊加在信號上昔汉，直接影響測量與控制精度。為了保證plc控制系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中免受或減少內(nèi)外上述電磁干擾拴清，必須采取3個方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力靶病。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來實現(xiàn)。

　　4.5 安裝中的抗干擾措施

　　plc控制系統(tǒng)所處的環(huán)境對其自身抗干擾也有一定的關(guān)系口予，因此在安裝時應(yīng)注意以下幾個方面娄周。

　√槌蕖（1） 濾波器、隔離穩(wěn)壓器應(yīng)設(shè)在plc柜電源進線口處煤辨，不讓干擾進入柜內(nèi)驾凶，或盡量縮短進線距離。

　〖巍（2） plc控制柜應(yīng)盡可能遠離高壓柜、大動力設(shè)備耘泰、高頻設(shè)備逐茄。

　　（3） plc控制柜要遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點嘀醋。

　≌庞颉（4） 整臺plc機要遠離發(fā)熱的電氣設(shè)備或其它熱源，并置放在通風(fēng)良好的位置上讲侵。

　◎铰肌（5） plc程控器的外部要有可靠的防水系統(tǒng)以防止雨水進入，造成機器損壞耸壮。

5 軟件抗干擾措施

　　控制器的外部開關(guān)量和模擬量輸入信號粤街，由于噪聲、干擾笑驶、開關(guān)的誤動作职颜、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會形成輸入信號的錯誤嫌变，引起程序判斷失誤吨艇，造成事故。當(dāng)按鈕腾啥、開關(guān)作為輸入信號時东涡，則不可避免產(chǎn)生抖動;輸入信號是繼電器觸點，有時會產(chǎn)生瞬間跳動倘待，將會引起系統(tǒng)誤動作疮跑。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動凸舵，定時時間根據(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度而定祸挪，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合（或斷開后）才執(zhí)行。

　　對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數(shù)據(jù)的可靠性贞间。連續(xù)采樣多次贿条，采樣間隔根據(jù)ａ/ｄ轉(zhuǎn)換時間和該信號的變化頻率而定。采樣數(shù)據(jù)先后存放在不同的數(shù)據(jù)寄存器中增热，經(jīng)比較后取中間值或平均值作為當(dāng)前輸入值整以。常用的濾波方法有程序判斷濾波胧辽、中值濾波、滑動平均值濾波勒蜘、防脈沖干擾平均值濾波悄锈、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等炊惊。

　【ァ（1）程序判斷濾波適用于對采樣信號因受到隨機干擾或傳感器不穩(wěn)定而引起的失真進行濾波。設(shè)計時根據(jù)經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差亮钩，若先后兩次采樣的信號差值大于偏差暖娃，表明輸入是干擾信號，應(yīng)去掉巢驶，用上次采樣值作為本次采樣值力浅。若差值不大于偏差，則本次采樣值有效个滓。

　“忍怠（2） 中值濾波是連續(xù)輸入3個采樣信號，從中選擇一個中間值作為有效采樣信號尼可。

　〕饴恕（3）滑動平均值濾波是將數(shù)據(jù)存儲器的一個區(qū)域（20個單元左右）作為循環(huán)隊列，每次數(shù)據(jù)采集時先去掉隊首的一個數(shù)據(jù)勉盅，再把新數(shù)據(jù)放入隊尾中跌，然后求平均值。

　」酱邸（4）去極值平均濾波是連續(xù)采樣n次漩符，求數(shù)據(jù)的累加和，同時找出其中的最大值和最小值驱还，從累加和中減去最大值和最小值嗜暴，再求（n-2）個數(shù)據(jù)的平均值作為有效的采樣值。

　∫轶　（5）算術(shù)平均值濾波是求連續(xù)輸入的n個采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為有效的信號闷沥。它不能消除明顯的脈沖干擾，只是削弱其影響咐容。要提高效果可采用去極值平均濾波舆逃。

　　（6）防脈沖干擾平均值濾波是連續(xù)進行4次采樣戳粒，去掉其中的最大值和最小值路狮，再求剩下的兩個數(shù)據(jù)的平均值。它實際上是去極值平均濾波的特例恼芙。

　　在設(shè)計中還可以用線性插值法结晒、二次拋物線插值法或分段曲線擬合等方法對數(shù)據(jù)進行非線性補償成猴，提高數(shù)據(jù)的線性度。也可采用零位補償或自動零跟蹤補償?shù)确椒▉硖幚砹闫樽迹拚`差陶份，提高采樣數(shù)據(jù)的精度。

　　另外還可進行信號相容性檢查焚怨。包括開關(guān)信號之間的狀態(tài)是否矛盾武敦，模擬信號值的變化范圍是否正常，開關(guān)量信號與模擬量信號之間是否一致铺描，以及各信號的時序關(guān)系是否正確使义。

6 結(jié)束語

　　plc控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計中占有重要地位，在實際設(shè)計中只有根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點和應(yīng)用環(huán)境的具體條件狼棠，靈活地選擇行之有效的可靠性設(shè)計技術(shù)和抗干擾方法，全面哀铡、合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計杯聚，從總體上提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

　　plc控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題抒痒，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素幌绍，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析故响，本文僅對常用的硬件和軟件抗干擾措施進行了探討傀广。在實際開發(fā)過程中，應(yīng)充分考慮到對plc的各種不利因素彩届，在硬件伪冰、軟件的設(shè)計和安裝中采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，就完全可以使控制系統(tǒng)安全樟蠕、可靠地運行贮聂。

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