PLC运行可靠，抗干扰能力强的原因是什么？
1概述
随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。自动化系统中使用的各种型号的PLC安装在控制室，有的安装在生产现场和各种电机设备上。大多处于高压电路和高压设备形成的恶劣电磁环境中。为了提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面需要在工程设计、安装、运行和维护方面给予高度重视，多方合作才能完善问题，有效增强系统的抗干扰性能。
2电磁干扰源及对系统的干扰
2.1干扰源和干扰的一般分类
影响PLC控制系统的干扰源和一般影响工业控制设备的干扰源一样，大多产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈运动的部位就是噪声源，也就是干扰源。
干扰的类型通常根据干扰的原因、噪声干扰模式和噪声的波形特性来分类。其中:根据产生噪声的不同原因，可分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等。根据噪声的波形和性质，可分为持续性噪声和偶发性噪声。根据噪声干扰方式的不同，可以分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是常用的分类方法。共模干扰是信号与地之间的电位差，主要由电网串联、地电位差和空间电磁辐射在信号线上感应出的共模(同向)电压叠加而成。共模电压有时较大，特别是在隔离性能较差的电源室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V V，共模电压可通过非对称电路转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这是某些系统I/O模块损坏率高的主要原因)。这种共模干扰可以是DC干扰，也可以是交流干扰。差模干扰是指作用在信号两极之间的干扰电压，主要是由于信号之间的空间电磁场耦合感应和不平衡电路对共模干扰的转换形成的电压引起的。这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测控精度。
2.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
2.2.1空间辐射干扰
空间中的辐射电磁场主要由电网、电气设备的瞬态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生。，通常称为辐射干扰，其分布极其复杂。如果将PLC系统放在射频场中，会收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径:一是直接干扰PLC内部的辐射，由电路感应产生；但是在PLC通信中会对网络产生辐射，并且通信线路的感应会引入干扰。辐射干扰与现场设备布局和设备产生的电磁场有关，尤其是频率。一般通过设置屏蔽电缆和PLC本地屏蔽及高压泄压元件来保护。
2.2.2系统外导线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在中国的工业领域更为严重。
(1)电源干扰
实践证明，笔者在一次工程调试中遇到的因电源干扰导致的PLC控制系统故障较多，更换隔离性能更高的PLC电源后问题才得以解决。
PLC系统的正常电源由电网提供。由于电网覆盖面广，会受到所有空间电磁干扰，在线路上感应出电压和电路。特别是电网的变化、开关浪涌、大型电力设备的启动和停止、交流和DC驱动引起的谐波、电网的短路瞬态冲击等。都通过传输线传输到电源的初级侧。PLC电源通常采用隔离电源，但由于其机理和制造工艺因素，隔离并不理想。事实上，由于分布参数，尤其是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
(2)信号线引入的干扰
与PLC控制系统相连的各种信号传输线，除了传输各种有效信息外，总会有外界干扰信号侵入。这种干扰主要有两种途径:一种是通过变送器电源或常用信号仪表电源串联的电网干扰，这种干扰往往被忽略；第二，信号线受到空间电磁辐射的感应干扰，也就是信号线受到外界的感应干扰，这是非常严重的。信号引入的干扰会造成I/O信号异常运行，大大降低测量精度，严重时会造成元器件损坏。对于隔离性能差的系统，还会导致信号之间的相互干扰，造成共用系统的总线回流，造成逻辑数据变化，误操作，死机。PLC控制系统中由于信号干扰造成的I/O模块损坏数量相当严重，系统故障的情况也不少。
(3)混沌接地系统的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地不仅可以抑制电磁干扰的影响，还可以抑制来自设备的干扰；但是，错误的接地会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。
PLC控制系统的接地线包括系统接地、屏蔽接地、交流接地和保护接地。接地系统混沌对PLC系统的干扰主要是各接地点电位分布不均匀，不同接地点之间存在地电位差，造成地回路电流，影响系统正常工作。例如，电缆屏蔽层必须在一点接地。如果电缆屏蔽层的A端和B端都接地，就会产生地电位差，电流就会流过屏蔽层。当发生雷击等异常状态时，接地电流会更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地可以形成闭合回路。在变化磁场的作用下，屏蔽层中可能存在感应电流，通过屏蔽层与芯线的耦合对信号回路产生干扰。如果系统与其他接地处理混淆，产生的地环流可能会在接地线上产生不均匀的电位分布，影响PLC中逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC的逻辑电压干扰容忍度较低，逻辑地电位的分布干扰很容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序失控或死机。模拟地电位的分布会导致测量精度下降，造成信号测控严重失真和误动作。
2.2.3来自PLC系统内部的干扰。
主要由系统中元器件与电路之间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路的相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响，元器件的不匹配使用等。这都是PLC厂家对系统的EMC设计的一部分，比较复杂，作为一个应用部门是改不了的，所以不需要考虑太多，但是要选择应用成果或者测试比较多的系统。
PLC控制系统工程应用的抗干扰设计
为了避免或减少工业电磁环境中的内外电磁干扰，必须从设计阶段采取三项抑制措施:抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播路径；提高设备和系统的抗干扰能力。这三点是抑制电磁干扰的基本原则。
PLC控制系统的抗干扰是一项系统工程，要求生产厂家设计生产抗干扰能力强的产品，有赖于使用部门对工程设计、安装、运行和维护的综合考虑，结合实际情况进行综合设计，保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。在进行具体项目的抗干扰设计时，应主要关注以下两个方面。
3.1设备选择
在选择设备时，首先要选择抗干扰能力强的产品，包括电磁兼容(EMC)，尤其是抗外界干扰能力强的产品，如采用浮空技术、隔离性能好的PLC系统；其次还要了解厂家给出的抗干扰指标，比如共模模拟比、差模模拟比、耐压能力、允许工作的电场强度有多大、高频磁场强度环境有多大；二是考察其在类似工作中的应用表现。选择进口产品时要注意:中国采用220V高内阻电网系统，欧美采用110V低内阻电网系统。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业的电磁干扰比欧美至少高4倍，系统抗干扰性能更高。在国外能正常工作的PLC产品，在国内行业不一定能可靠运行，在采用国外产品时，需要根据我国标准(GB/T13926)合理选择。
3.2综合抗干扰设计
本文主要考虑来自系统外的几种中频抑制措施。主要内容包括:屏蔽PLC系统和外部导线，防止空间辐射的电磁干扰；外部引线经过隔离和滤波，特别是主电源电缆分层布置，防止通过外部引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。此外，必须使用软件手段来进一步提高系统的安全性和可靠性。
4主要抗干扰措施
4.1采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。
在PLC控制系统中，电源占据着非常重要的位置。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的电源(如CPU电源、I/O电源等)耦合。)，与PLC系统直接电气连接的变送器电源和仪表电源。目前，对于PLC系统的电源，一般采用隔离性能好的电源，而变送器电源和与PLC系统直接电气连接的仪表电源还没有得到足够的重视。虽然采取了一些隔离措施，但一般是不够的，主要是使用的隔离变压器分布参数大，干扰抑制能力差，共模干扰和差模干扰通过功率耦合串联。因此，对于变送器和常用信号仪表的电源，应选择分布电容小、抑制带大的分配器(如多重隔离屏蔽和漏电感技术)，以减少对PLC系统的干扰。
此外，该位置保证了电网馈电点不会中断，可采用在线不间断电源(UPS)供电，提高了供电的安全性和可靠性。而且UPS具有很强的干扰隔离性能，是PLC控制系统的理想电源。
4.2电缆选择和设计
为了减少电力电缆辐射的电磁干扰，特别是变频装置的馈电电缆。在某项目中，作者使用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了电力线生产中的电磁干扰，该项目投产后取得了满意的效果。
不同类型的信号由不同的电缆传输，信号电缆应根据传输信号的类型安装在不同的层中。严禁用同一根电缆的不同导线同时传输电源和信号，避免信号线和电源电缆平行安装，减少电磁干扰。
4.3硬件滤波和软件抗中频措施
信号接入电脑前，在信号线和地之间并联一个电容，减少共模干扰；在信号的两个极点之间添加滤波器可以降低差模干扰。
由于电磁干扰的复杂性，不可能消除干扰的影响。因此，在PLC控制系统的软件设计和组态中，应在软件中进行抗干扰处理，以进一步提高系统的可靠性。一些常用的措施:数字滤波和工频整形采样可以有效消除周期性干扰；定期校正参考点电位，采用动态零点，可有效防止电位漂移；利用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；利用间接跳转和设置软件陷阱提高软件结构的可靠性。
4.4正确选择接地点，完善接地系统。
接地通常有两个目的，一是为了安全，二是为了抑制干扰。完善的接地系统是防止PLC控制系统电磁干扰的重要措施之一。
系统有三种接地方式:浮动接地、直接接地和电容接地。对于PLC控制系统来说，它是一个高速低级的控制设备，应该直接接地。由于信号电缆分布电容和输入设备滤波的影响，设备间的信号交换频率一般低于1MHz，所以PLC控制系统的接地线采用一点接地和串联一点接地。集中式PLC系统适用于并联一点接地，各设备机柜的中心接地点用单独的接地线引至接地极。如果设备间距较大，应采用串联一点接地。用大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各设备机柜的中心接地点，然后将接地母线直接接到接地极上。接地线采用截面大于22mm2的铜线，使用截面大于60mm2的汇流条。接地极的接地电阻小于2ω，接地极应埋在距建筑物10 ~ 15m处，PLC系统接地点必须距高压设备接地点10m以上。
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；信号线中间有连接器时，屏蔽层应连接牢固并绝缘，必须避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯双绞线主屏蔽电缆连接时，屏蔽层应相互连接并绝缘。为单点接触选择合适的接地点。
5结束语
PLC控制系统中的干扰是一个非常复杂的问题，在抗干扰设计中要综合考虑各种因素，合理有效地抑制干扰。有些干扰情况需要具体分析，对症下药的方法才能让PLC控制系统正常工作。