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1、PLC控制系统中干扰问题的解决方案DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.17.245 0 引言 电气控制技术发展速度不断提高，PLC技术开始广泛应用于工业自动化控制系统当中。但是，PLC控制系统往往处于各类强电电路或是强电设备附近，导致其受到电磁环境的影响，有较高几率出现信号被干扰、死机以及数据采集精准度下降等现象，使得PLC系统难以稳定运行。故而，企业需及时对该问题进行处理，确保PLC的运行环境。 1 干扰源分类及主要来源 1.1 干扰源分类 干扰源可按照形成原因以及干扰方式的区别进行分类。若按照干扰源的形成原因进行划分，则可将干扰源划分为放电噪声、高频荡噪声以及浪涌
2、噪声等。若按照噪声的干扰方式进行划分，可将干扰源划分为差模干扰以及共模干扰两种方式。其中利用噪声干扰方式进行划分是常用的分类方式。所谓共模干扰，指信号与地面之间所形成的电位差，形成该干扰类型的主要是因为电网串入以及由电磁辐射于信号线之上所感知到的同方向电压的累积而成。所形成的共模电压有时数值偏大，尤其是部分企业使用了隔离性能并不理想的供电室，导致变送器传送信号具有较高的共模电压，部分共模电压甚至达到130V之上。而差模干扰则是指对信号两极之间形成干扰的电压，当共模干扰经过不平衡电路便会形成该类型电压。而该类型电压也会直接于信号之上进行叠加，导致PLC系统测量精度以及控制精度均受到影响。 1.2
3、 干扰主要来源 第一，来源于自然辐射的干扰。PLC控制系统工作过程中，会受到自然辐射电磁场的影响。该类型干扰主要是因电气设备出现暂态过程、雷雨天气以及雷达运行而产生的，也可将该类型干扰称为辐射干扰。该类型干扰分布较为复杂，只要PLC系统在辐射范围之内，便会受到其干扰。 第二，人为干扰。造成PLC控制系统受到干扰的主要原因还是因为企业未选择正确的施工用设备，或是工作人员未按照施工要求进行施工。具体如下，其一，源于PLC自身供电电源所形成的干扰。PLC系统一般从电网获取电源，然而电网覆盖范围过大，导致PLC系统需要承受电网范围内全部的电磁干扰，特别是电网自身变化。如部分电力设施的启动与关闭、交流传
4、动设备所引发的谐波以及电网出现短路情况所造成的暂态冲击，都将利用输电线路传送至PLC电源，对其造成影响。其二，源于PLC周围设备的影响。PLC控制系统正常工作时，需同其他型号变频设备搭配使用，之后借由PLC进行输出达到控制变频器工作的目的。因为变频器在运行过程中会同时伴有整流以及变频两种状态，所以电源较为容易形成谐波，或是在变频设备附近形成电磁干扰波，直接对PLC造成干扰。 第三，源于PLC控制系统自身干扰。形成该类型干扰的主要原因是由于PLC系统自身元器件同电路之间形成相互电磁辐射，进而对PLC控制系统造成干扰。例如系统内部逻辑电路之间相互形成辐射，同时其也会对模拟电路造成影响。除此以外，部
5、分PLC控制系统中的元器件之间也存在相互不匹配的现象。形成该类型干扰的主要原因是因为系统自身电磁兼容设计存在问题，属于PLC制造企业问题，较为复杂，难以处理。所以，应用企业需在购置设备之前，对设备进行一定的检测以及考验。 2 解决干扰问题的具体方式 2.1 正确选择系统设备 企业可通过合理更换现有PLC系统设备对PLC控制系统进行强化，以便减轻甚至是消除引线干扰、差模干扰以及共模干扰现象对PLC控制系统所造成的不良影响。具体可更换以下设备。 第一，电源。企业可通过更换抗干扰能力较强的电源，对供电电源所形成的干扰进行合理控制。事实上，相比其他类型干扰，供电电源所造成的干扰更为常见。供电电源往往通
6、过PLC系统内部分电源，如CPU电源以及I/O变送设备电源对PLC控制系统进行干扰。故而，企业不仅需要更换性能良好的电源，同时还需使用分布电容相对较小、抑制带大的配电设备对变送设备供电电源进行处理，以免引线中的电流以及电压对变送设备造成一定影响。 第二，PLC。企业在选择PLC过程中，应选取抗干扰能力较强，且电磁兼容性良好的产品，如使用浮地技术以及隔离性能俱佳的PLC产品。不仅如此，企业还需将PLC实际所处环境纳入考虑范围之内。特别是购置国外PLC产品时尤其需要注意，因为国外电网制式同我国存在一定差异，我国抗电磁干扰能力强于外国。故而，企业在购置国外PLC设备时，应慎重考虑。 2.2 合理接地
7、以及搭接 企业可通过接地为电磁干扰提供阻抗不高的通路，以免电磁干扰在传播过程中同干扰形成耦合。而搭接指利用金属导体将数个金属构件相连，令所有相连的金属构件均位于等电位，使得金属构件不会因电位差异而形成环流，那么环流也不会对PLC系统造成干扰。由此可见，合理接地以及搭接能够有效控制干扰源，减轻干扰源对PLC系统的影响。接地方式共分为两种，分别为直接接地以及浮地接地。这对PLC控制系统而言，企业需使用直接接地这一方式，具体如下。 其一，工作人员应使用一点接地以及搭接接地的方法完成PLC控制系统接地地线的布设作业，至于集中布设的PLC系统，工作人员可使用并联一点接地的方法完成接地工作。针对各个设备的
8、柜体中心而言，工作人员可使用独立的接地线将其接地点引至接地极。若设备之间间隔距离较远，则工作人员需使用搭接这一方式进行布线，即使用横截面较大的通线，将各个设备柜体中心的接地点相连，之后将接地母线与接地极相连。其中用于接地线的铜制导线，横截面面积不得少于22mm2，作为总母线的铜排面积不得少于60mm2，同时控制接地极的接地电阻，一般不得令其超过2。不仅如此，工作人员还应控制接地极的位置，要求接地极同建筑物的距离保持在10m至15m范围之内，且PLC控制系统接地位置同强电设施接地位置之间的距离不得少于10m。 其二，屏蔽线及屏蔽层的接地工作。若信号源与地面相接，则屏蔽层需于信号一侧接地。反之，则
9、于PLC一侧接地。若信号线之间存在接头，则工作人员需确保屏蔽层连接的牢固程度，并保证屏蔽层的绝缘性，以免形成多点接地的现象。当数个测点信号屏蔽双绞线同多芯对绞总屏电缆相连，工作人员需保证各个屏蔽层之间的连接稳定、完好。并确认是屏蔽层否处于绝缘状态，选取合适的接地位置完成接地作业。 2.3 电缆铺设与设备抗干扰措施 施工过程中，工作人员可选用铜带铠装屏蔽电力电缆。使用该电缆，能够有效降低动力线对PLC控制系统形成的电磁干扰。工作人员需注意，信号类型之间存在差别，所使用的输送电缆也有所不同，应按照输送信号的种类分层实施铺设。切记不可利用某一电缆中的部分不同导线同时进行信号以及动力电源的输送。同时注
10、意，信号线路同动力电缆之间间隔的距离不可过短，且两者不可平行铺设，否则容易形成电磁干扰，进而对PLC控制系统造成干扰。 设备抗干扰措施应分为两方面：其一，硬件方面。针对硬件，工作人员主要通过滤波的方式减少PLC控制系统所受到的干扰。工作人员需于计算机接受信号之前，以并接的方式将电容装设于信号线与地面之间，以达到降低共模干扰的目的。同时，还需将滤波器装设于信号两极之间，以此降低差模干扰。 其二，软件方面。电磁干扰极为复杂，所以连接干扰对PLC控制系统的影响无法完全消除。故而，设计人员应于设计与组态两个工作环节当中，对PLC控制系统实施抗干扰处理，使其本身具备一定抗干扰能力，从而保证在实际工作中，PLC控制系统能够稳定运行。工作人员可通过如下方式进行处理：第一，定期检测参考点电位，若其发生偏离，需及时进行矫正。同时使用动态零点，以免电位发生偏移。第二，使用信息冗余方式，设定对应的软件标志位置。第三，使用间接跳转，设定软件陷阱，从而使软件自身结构与运行更为稳定。 3 结束语 PLC控制系统受到干扰属于较为复杂的问题。每个PLC控制系统所处的电磁环境不同，受到的干扰自然也存在区别。所以，问题的解决方法也不能一概而论，工作人员应将各方面影响因素均纳入考虑范围之内，进而确认干扰PLC控制系统的真正原因，并有针对性的解决，才能令PLC更为稳定地运行。