(安徽淮北煤电技师学院 安徽淮北 235000)
摘要：本文分析了PLC控制电磁干扰的类型与影响、干扰来源，提出了提高PLC控制系统抗干扰的措施。
关键词：工业控制；PLC系统；干扰来源；防控措施
引言：现代工业控制中，PLC的应用越来越广泛，涉及到众多的领域。像煤矿的通风、压风、提升、锅炉、排水及井下生产运输环节等，处处都离不开PLC控制了。但是，重要的一点就是要保证其绝对安全。PLC控制系统的可靠性，直接影响到煤矿的安全生产和经济运行，因此系统抗干扰能力则是关键问题。由于PLC大多是在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中运行，要保证可靠运行，首先生产厂家必须提高其抗干扰能力，其次是在工程设计、安装施工和使用维护中要特别注意。尽力增强PLC系统的抗干扰能力，提高安全可靠性十分必要。
1 PLC控制电磁干扰的类型与影响
对于影响PLC控制系统的干扰源来说，大都来自产生电流或电压剧烈变化的地方，其电荷剧烈移动的部位也就是所谓干扰源。若干扰类型按噪声产生的原因不同，可分为放电、浪涌、高频振荡等噪声；若按噪声的波形、性质不同，又可分为持续、偶发等噪声；按噪声干扰模式不同，可分为共模干扰和差模干扰，也是一种常用分类方法。共模干扰则是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差和空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成的。其共模电压有时比较大，像采用隔离性能差的配电器供电时，而变送器输出信号的共模电压就普遍较高（高达130V以上）。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，进而影响测控信号，造成元器件损坏(系统I/0模件损坏率高的原因)。该共模干扰可为直流或交流，差模干扰则是指作用于信号两极间的干扰电压，由空间电磁场在信号间耦合感应和由不平衡电路转换共模干扰形成，干扰叠加在信号上，会直接影响测量和控制的精度。
2 PLC控制电磁干扰来源
1）空间辐射干扰。其空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达和高频感应加热设备等所产生，也就是辐射干扰。假如PLC系统置于射频场内，极易受到辐射干扰。通过两条路径影响：直接对PLC内部辐射，由电路感应产生干扰；对PLC通信网络辐射，由通信线路感应引入干扰。一般辐射干扰与现场设备的布置和产生的电磁场大小（特别是频率）有关。这可用屏蔽电缆、PLC局部屏蔽和高压泄放元件来保护。PLC系统干扰侵入途径，见图1所示。一般影响PLC系统电磁干扰性的因素可由下式表示：N(ω)= G(ω)C(ω)/I(ω)，式中：N(ω)为干扰对设备的影响；G(ω)为干扰源的强弱；C(ω)为干扰传输的耦合因数；I(ω)为受干扰设备的抗干扰能力，亦即敏感度阀值。该式说明，影响PLC系统受干扰的严重程度由三个方面决定，其都是频率的函数。公式所提示的抗干扰能力原理：①切断干扰源，减小G(ω)；②减小藕合，减小C(ω)；③提高受干扰设备的敏感度阀值，加大I(ω)。在现实中都把该因素综合考虑，按其顺序去采取措施，这样效果会更好。
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2）系统外引线干扰。电磁干扰多是由不合理地选择、安装设备和不合理施工造成。干扰主要来自如下:一是PLC供电电源的干扰。正常多为电网供电，因电网覆盖范围大，受到空间电磁干扰在线路上感应的电压也大，尤其是电网内部（像开关操作浪涌、大型设备启停、交直流传动装置引起的谐波和电网短路暂态冲击等）。二是控制信号采集导线的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除传输各类信息外，也会有外部干扰信号侵入，即变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源干扰、信号线受空间电磁辐射感应的干扰。三是不同性质的接地和不规范接地干扰。像系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，各接地点的接地电阻不同将造成各自的电位分布不均，进而存在地电位差，从而引起地环路电流和信号共模干扰。四是PLC相邻设备的干扰。与各类型变频器配合使用，而变频器又处在整流和变频状态，容易产生谐波和电磁干扰波；在一些大电流的磁场环境中运行（如电弧炉、中频炉等），其电流大又变化剧烈，容易产生强烈的交变磁场，进而对PLC造成电磁干扰现象。
3 提高PLC控制系统抗干扰的措施
1）从硬件上控制。在设计PLC控制系统时，要正确选择PLC、接地点、接地方式及合理配置供电电源和I/O端的接线，以提高系统抗干扰能力。①PLC的选择：选择有较高抗干扰能力、电磁兼容性(EMC)好的产品。②正确选择接地点，以完善接地系统。接地是为了安全、为了抑制干扰。像浮地方式、直接接地方式和电容接地方式，可适当选择。③提高电源部分抗干扰方法。这可选用隔离变压器，要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。条件好的可在隔离变压器前加入滤波器，以增强系统可靠性。同时，PLC供电系统可采用控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。④I/O端的接线。输入接线：一般不要太长；输入/输出线不能用同一根电缆；尽量采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，以便阅读。输出连接：可分独立输出和公共输出；因PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并连接至端子板，若连接输出元件负载短路，会烧毁印制电路板；采用继电器输出，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器使用寿命，所以在使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器；PLC的输出负载可能产生干扰，要采取措施加以控制保护。
2）从软件上控制。从软件上提高系统抗干扰能力，因PLC内部具有丰富的软元件（如定时器、计数器等），利用其设计程序，可屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件误动作。①延时控制。由于控制器的外部开关量和模拟量输入信号，如噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等影响，会形成输入信号错误，引起程序判断失误，造成事故。这可采用定时器延时去掉抖动等，保证触点确实稳定闭合(或断开)再执行。②软件滤波。对模拟信号，可采用多种软件滤波方法提高数据的可靠性。连续采样多次，其间隔可根据MD转换时间和信号的频率定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。③封锁控制。某些干扰可预知，如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作，常会伴随产生火花、电弧等干扰。在容易干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，加以适当延时，待干扰消除后再解锁。
结束语：在PLC控制系统抗干扰防护设计中，应综合考虑系统各方面的因素，并采取相应的抑制措施。有时增加抗干扰环节，相应也增加了系统的故障环节，为保证系统控制可靠起见，也不得不这样去做。原则还是视安全可靠性程度而定。
参考文献：
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