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[摘 要]PLC具备较强的可靠性，但由于强电磁干扰、接地、屏蔽等影响或使用不当等原因，会致使其可靠性降低，引起设备误动。本文结合实际工作遇到的一起典型的由干扰引起的设备跳闸实例，分析干扰对PLC控制设备的影响，并提出优化方案。
[关键词]干扰 PLC I/O 跳闸 抗干扰措施
中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0338-01
引言
PLC作为通用的工业控制装置，因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性，在工业领域得到广泛应用。但在工业控制现场，电气噪声干扰对设备的安全稳定运行造成了极为不利的影响，甚至引起设备跳闸等异常事件。
远程I/O连接的是设备层，因此任何干扰都有可能造成输入输出设备的状态和动作指令不能正确的传送和执行，从而造成系统误动作，甚至发生设备事故。下面以一起PLC通讯电缆屏蔽受损抗干扰能力下降引起的PLC远程I/O控制设备跳闸为例进行分析。
1 事件经过
2016年6月24日，9：10，3、4号炉正在排灰。C1，C2灰浆泵均运行，B灰管压力18.25KG/CM2。上位机显示C1、C2灰浆泵突然跳闸，查报警窗显示C2灰浆泵跳闸。B灰管压力归0。
2016年7月27日，9：58，4号炉底渣排渣，B组灰浆泵运行，A灰管压力19.5kg/cm2，B组灰浆泵突然跳闸。
2016年8月17日，7：56，B1、B2灰浆泵运行中突然跳闸，报警显示B2灰浆泵启动失败跳闸。
以上三次设备跳闸共同点即现场存在电焊作业且离PLC远程控制柜较近，通过多次通讯干扰试验后确认3号炉底渣子站至4号炉底渣子站通讯电缆屏蔽层接地是之前几次灰浆泵跳闸的主要原因。
2 原因分析
2.1 二单元底渣控制系统结构原理：二单元底渣控制系统是由二单元除灰控制室内的主PLC通过分支器和同轴电缆与PLC子站进行通讯，PLC子站的连接，首先通过二单元除灰泵房的供水PLC子站，然后通过3号炉底渣PLC子站，最后到4号炉底渣PLC子站（见图1）。PLC子站直接与被控装置和设备相连接。
2.2 B组灰浆泵跳闸原因分析：6月24日和7月27日，两次灰浆泵跳闸时，对二单元底渣PLC控制系统进行了详细检查，并未发现异常，但检查“6.24”LOG日志、“7.27”LOG日志、“8.17”LOG日志时，均发现同一时间大量信号出现跳变，因此怀疑为通讯问题，排查过程中对通讯电缆进行接地测试，发现通讯电缆接地点断开情况下，由3号炉底灰至4号炉底灰段电缆屏蔽层与地之间电阻为零，即通讯电缆屏蔽层接地。因此在3号底灰子站机柜处进行了多次干扰试验，发现当使用电焊机接地点与焊接点距离较远工作时，发生了与之前几次灰浆泵跳闸情况完全相同的状况，上位机画面多个运行信号消失、画面闪断、PLC模件指示灯闪断，运行的高低压泵跳闸。查看LOG日志发现同一时间大量信号跳变情况，与之前几次灰浆泵跳闸状况相同。之后，重新敷设3號炉底灰子站至4号炉底灰段通讯电缆，再使用电焊机进行焊接试验，上位机画面显示正常、PLC工作状态正常。
2.3 结论
综上所述，3号炉底灰子站至4号炉底灰子站通讯电缆屏蔽层接地，PLC通讯抗干扰能力下降，且有电焊工作等干扰源存在是造成二单元灰浆泵多次跳闸的主要原因。
3 PLC控制系统干扰分析
3.1 现场干扰主要分类
现场干扰主要分为：串模干扰和共模干扰、电网干扰、接地和屏蔽不完善等，而最常见的就是接地和屏蔽不完善，在此重点介绍。
3.2 接地和屏蔽不完善干扰分析
现场一般使用的是直流逆变电焊机，包括整流器和逆变器。其整流器和逆变器会产生谐波电压、电流，其输出的谐波电压、电流包含一系列高次波形——谐波，即形成高次谐波污染。高次谐波污染会干扰二次仪表——压力、流量、可编程控制器及智能控制器的正常工作。并且，高次谐波会使二次仪表、可编程控制器发热。远程I/O连接的是设备层，而且PLC与远程站之间的信息传输是在严格的时间段内进行的，因此任何干扰都有可能造成输入输出设备的状态和动作指令不能正确的传送和执行，从而造成系统误动作。[1]
3.3 接地和屏蔽不完善干扰的防范措施
3.3.1 正确选择接地点
接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点之间存在地电位差，从而引起地环路电流，影响系统正常工作。我们需要注意的是：第一，系统接地。系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4Ω，通常需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地；第二，信号与屏蔽接地。一般要求信号线必须有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。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；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应互相连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。[2]
3.3.2 通讯电缆替换为光缆通讯
因制造光纤的材料是石英，在其中传输的信号是光信号，因此光纤传输不受外界电磁波及雷电的干扰。
4 结束语
本文以一起真实的案例入手分析了由于接地不规范、屏蔽受损等外在因素造成PLC远程I/O抗干扰能力下降造成的设备误动事件，并由此分析了干扰的生成原因、常见解决方案，对同类控制系统完善具有借鉴意义。
参考文献
[1] 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京：机械工业出版社，2002
[2] 刘树财.工业现场PLC控制系统抗干扰设计与实现[J].计算机测量与控制，2017，25（06）：128-130+147.
[关键词]干扰 PLC I/O 跳闸 抗干扰措施
中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0338-01
引言
PLC作为通用的工业控制装置，因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性，在工业领域得到广泛应用。但在工业控制现场，电气噪声干扰对设备的安全稳定运行造成了极为不利的影响，甚至引起设备跳闸等异常事件。
远程I/O连接的是设备层，因此任何干扰都有可能造成输入输出设备的状态和动作指令不能正确的传送和执行，从而造成系统误动作，甚至发生设备事故。下面以一起PLC通讯电缆屏蔽受损抗干扰能力下降引起的PLC远程I/O控制设备跳闸为例进行分析。
1 事件经过
2016年6月24日，9：10，3、4号炉正在排灰。C1，C2灰浆泵均运行，B灰管压力18.25KG/CM2。上位机显示C1、C2灰浆泵突然跳闸，查报警窗显示C2灰浆泵跳闸。B灰管压力归0。
2016年7月27日，9：58，4号炉底渣排渣，B组灰浆泵运行，A灰管压力19.5kg/cm2，B组灰浆泵突然跳闸。
2016年8月17日，7：56，B1、B2灰浆泵运行中突然跳闸，报警显示B2灰浆泵启动失败跳闸。
以上三次设备跳闸共同点即现场存在电焊作业且离PLC远程控制柜较近，通过多次通讯干扰试验后确认3号炉底渣子站至4号炉底渣子站通讯电缆屏蔽层接地是之前几次灰浆泵跳闸的主要原因。
2 原因分析
2.1 二单元底渣控制系统结构原理：二单元底渣控制系统是由二单元除灰控制室内的主PLC通过分支器和同轴电缆与PLC子站进行通讯，PLC子站的连接，首先通过二单元除灰泵房的供水PLC子站，然后通过3号炉底渣PLC子站，最后到4号炉底渣PLC子站（见图1）。PLC子站直接与被控装置和设备相连接。
2.2 B组灰浆泵跳闸原因分析：6月24日和7月27日，两次灰浆泵跳闸时，对二单元底渣PLC控制系统进行了详细检查，并未发现异常，但检查“6.24”LOG日志、“7.27”LOG日志、“8.17”LOG日志时，均发现同一时间大量信号出现跳变，因此怀疑为通讯问题，排查过程中对通讯电缆进行接地测试，发现通讯电缆接地点断开情况下，由3号炉底灰至4号炉底灰段电缆屏蔽层与地之间电阻为零，即通讯电缆屏蔽层接地。因此在3号底灰子站机柜处进行了多次干扰试验，发现当使用电焊机接地点与焊接点距离较远工作时，发生了与之前几次灰浆泵跳闸情况完全相同的状况，上位机画面多个运行信号消失、画面闪断、PLC模件指示灯闪断，运行的高低压泵跳闸。查看LOG日志发现同一时间大量信号跳变情况，与之前几次灰浆泵跳闸状况相同。之后，重新敷设3號炉底灰子站至4号炉底灰段通讯电缆，再使用电焊机进行焊接试验，上位机画面显示正常、PLC工作状态正常。
2.3 结论
综上所述，3号炉底灰子站至4号炉底灰子站通讯电缆屏蔽层接地，PLC通讯抗干扰能力下降，且有电焊工作等干扰源存在是造成二单元灰浆泵多次跳闸的主要原因。
3 PLC控制系统干扰分析
3.1 现场干扰主要分类
现场干扰主要分为：串模干扰和共模干扰、电网干扰、接地和屏蔽不完善等，而最常见的就是接地和屏蔽不完善，在此重点介绍。
3.2 接地和屏蔽不完善干扰分析
现场一般使用的是直流逆变电焊机，包括整流器和逆变器。其整流器和逆变器会产生谐波电压、电流，其输出的谐波电压、电流包含一系列高次波形——谐波，即形成高次谐波污染。高次谐波污染会干扰二次仪表——压力、流量、可编程控制器及智能控制器的正常工作。并且，高次谐波会使二次仪表、可编程控制器发热。远程I/O连接的是设备层，而且PLC与远程站之间的信息传输是在严格的时间段内进行的，因此任何干扰都有可能造成输入输出设备的状态和动作指令不能正确的传送和执行，从而造成系统误动作。[1]
3.3 接地和屏蔽不完善干扰的防范措施
3.3.1 正确选择接地点
接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点之间存在地电位差，从而引起地环路电流，影响系统正常工作。我们需要注意的是：第一，系统接地。系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4Ω，通常需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地；第二，信号与屏蔽接地。一般要求信号线必须有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。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；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应互相连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。[2]
3.3.2 通讯电缆替换为光缆通讯
因制造光纤的材料是石英，在其中传输的信号是光信号，因此光纤传输不受外界电磁波及雷电的干扰。
4 结束语
本文以一起真实的案例入手分析了由于接地不规范、屏蔽受损等外在因素造成PLC远程I/O抗干扰能力下降造成的设备误动事件，并由此分析了干扰的生成原因、常见解决方案，对同类控制系统完善具有借鉴意义。
参考文献
[1] 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京：机械工业出版社，2002
[2] 刘树财.工业现场PLC控制系统抗干扰设计与实现[J].计算机测量与控制，2017，25（06）：128-130+147.