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[摘 要]分析新建8万吨/年顺丁橡胶后处理PLC系统的干扰来源，给出减少数字量输入扰动、减少模拟量输入扰动等抗干扰方法。其中减少数字量输入扰动的实现方法包括计数器法、延迟输入法；减少模拟量输入扰动的实现方法包括：限幅法、延迟滤波限幅法、延迟滤波比较法、积分消抖滤波法。分析各种实现方法的特点，为建设新的8万吨/年顺丁橡胶后处理装置提供参考。
[关键词]PLC系统；抗干扰；干扰源
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0352-02
在新建8万吨/年顺丁橡胶装置区，使用的各种类型PLC大多处在强电电路和强电设备所形成的电磁环境中。虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，具有较强的适应能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是由于它直接和现场的I/0设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，影响PLC控制系统的正常工作，由此分析PLC控制系统的抗干扰方法。
1 干扰来源
1.1 内部干扰
内部干扰与系统结构有关，主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为产品使用者无法改变，可在产品选型方面选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
1.2 外部干扰
（1）来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场（EMI）主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，通常称为辐射干扰。干扰途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备产生的电磁场大小、频率有关。
（2）来自电源的干扰。PLC系统由电网供电，电网覆盖范围广，会因受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都会通过输电线路传到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其隔离效果不理想。
（3）来自信号线的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，在传输有效的各类信息时，总有外部干扰信号侵入。干扰途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源侵入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰。信号线上的外部感应干扰会引起I/O信号工作异常，降低测量精度，严重时会引起元器件损伤。
（4）来自接地系统的干扰。PLC控制系统的地线（接地系统）包括系统地、屏蔽地，交流地和保护地等。正确的接地系统可以减少电磁信号干扰的影响，也可以抑制设备向外发出干扰。而错误的接地系统会引入严重的干扰信号，导致各个接地点的电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。
（5）屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间形成耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理不当，产生的地环流可能在地线上产生电位分布，影响PLC系统的逻辑电路和模拟电路正常工作。
2 抗干扰方法
防止硬件干扰的方法：（1）采用性能优良的电源抑制电网引入的干扰；（2）通过正确选择、铺设电缆降低电磁干扰；（3）完善接地系统；（4）采用光电隔离抑制输入输出电路引入的干扰。
硬件抗干扰可滤除大部分干扰信号，但干扰信号产生的原因复杂，且具随机性，很难保证系统完全不受干扰。因此在硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰技术。
2.1 减少数字量输入扰动的方法
（1）计数器法。其逻辑示意见图1，其中CON为计数器；NOT为非门；RS为复位优先触发器；IN为输入；OUT为输出；N为脉冲采样个数，通常N=2。
当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”。当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器采集不到连续的N个脉冲，将无法输出。
优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰有一定的抑制作用。
缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
（2）延迟输入法。其逻辑示意见图2。其中，time为延迟时间，通常取值小于1 s；TON为延时输出。
当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当PT<延时时间，OUT=0。
优点：消除了短时的周期干扰。
缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
2.2 减少模拟量输入扰动的方法
（1）限幅法。其逻辑示意见图3。其中，MOVE为移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN；EN=0，OUT保持前次值）；GE为大于等于指令；LE为小于等于指令；HL为上限设定值；LL为下限设定值。
当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值，起到限幅的作用。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：平滑度差。
（2）延迟滤波限幅法。其逻辑示意见图4，其中LG为延迟滤波器；TIME为延迟滤波时间。
该方法的功能与限幅法类似。在输入端增加一个延迟滤波器，对输入信号有延迟缓冲的作用。
优点：有效抑制了周期性的脉冲干扰，平滑度比限幅法有所改善。
缺点：信号响应速度减缓。
3 结束语
分析新建8万吨/年顺丁橡胶后处理PLC系统的干扰来源，采用硬件和软件相结合的抗干扰方法。在硬件抗干扰措施的基础上，给出减少数字量输入扰动、减少模拟量输入扰动等软件抗干扰方法，并给出每种抗干扰方法的实现过程、逻辑结构及其特点，为建设新的8万吨/年顺丁橡胶后处理装置提供参考。
参考文献
[1] 胡大宝.PLC控制系统中抗干扰解决方法探讨[J].2004（1）：71-72.
[2] 沈健.PLC系统的抗干扰设计[J].港口装卸，2005（3）：25-26.
[3] 冯根生，李学武.PLC控制系统抗干扰技术设计策略评论推荐[J].科技与企业，2007（9）：90-91.
[4] 张存礼.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].电气传动，2007，37（1）：51-54.
作者简介
于浩（1981-），男，本科，工程师，主要从事仪表管理方面的研究。
[关键词]PLC系统；抗干扰；干扰源
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0352-02
在新建8万吨/年顺丁橡胶装置区，使用的各种类型PLC大多处在强电电路和强电设备所形成的电磁环境中。虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，具有较强的适应能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是由于它直接和现场的I/0设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，影响PLC控制系统的正常工作，由此分析PLC控制系统的抗干扰方法。
1 干扰来源
1.1 内部干扰
内部干扰与系统结构有关，主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为产品使用者无法改变，可在产品选型方面选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
1.2 外部干扰
（1）来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场（EMI）主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，通常称为辐射干扰。干扰途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备产生的电磁场大小、频率有关。
（2）来自电源的干扰。PLC系统由电网供电，电网覆盖范围广，会因受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都会通过输电线路传到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其隔离效果不理想。
（3）来自信号线的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，在传输有效的各类信息时，总有外部干扰信号侵入。干扰途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源侵入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰。信号线上的外部感应干扰会引起I/O信号工作异常，降低测量精度，严重时会引起元器件损伤。
（4）来自接地系统的干扰。PLC控制系统的地线（接地系统）包括系统地、屏蔽地，交流地和保护地等。正确的接地系统可以减少电磁信号干扰的影响，也可以抑制设备向外发出干扰。而错误的接地系统会引入严重的干扰信号，导致各个接地点的电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。
（5）屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间形成耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理不当，产生的地环流可能在地线上产生电位分布，影响PLC系统的逻辑电路和模拟电路正常工作。
2 抗干扰方法
防止硬件干扰的方法：（1）采用性能优良的电源抑制电网引入的干扰；（2）通过正确选择、铺设电缆降低电磁干扰；（3）完善接地系统；（4）采用光电隔离抑制输入输出电路引入的干扰。
硬件抗干扰可滤除大部分干扰信号，但干扰信号产生的原因复杂，且具随机性，很难保证系统完全不受干扰。因此在硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰技术。
2.1 减少数字量输入扰动的方法
（1）计数器法。其逻辑示意见图1，其中CON为计数器；NOT为非门；RS为复位优先触发器；IN为输入；OUT为输出；N为脉冲采样个数，通常N=2。
当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”。当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器采集不到连续的N个脉冲，将无法输出。
优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰有一定的抑制作用。
缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
（2）延迟输入法。其逻辑示意见图2。其中，time为延迟时间，通常取值小于1 s；TON为延时输出。
当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当PT<延时时间，OUT=0。
优点：消除了短时的周期干扰。
缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
2.2 减少模拟量输入扰动的方法
（1）限幅法。其逻辑示意见图3。其中，MOVE为移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN；EN=0，OUT保持前次值）；GE为大于等于指令；LE为小于等于指令；HL为上限设定值；LL为下限设定值。
当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值，起到限幅的作用。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：平滑度差。
（2）延迟滤波限幅法。其逻辑示意见图4，其中LG为延迟滤波器；TIME为延迟滤波时间。
该方法的功能与限幅法类似。在输入端增加一个延迟滤波器，对输入信号有延迟缓冲的作用。
优点：有效抑制了周期性的脉冲干扰，平滑度比限幅法有所改善。
缺点：信号响应速度减缓。
3 结束语
分析新建8万吨/年顺丁橡胶后处理PLC系统的干扰来源，采用硬件和软件相结合的抗干扰方法。在硬件抗干扰措施的基础上，给出减少数字量输入扰动、减少模拟量输入扰动等软件抗干扰方法，并给出每种抗干扰方法的实现过程、逻辑结构及其特点，为建设新的8万吨/年顺丁橡胶后处理装置提供参考。
参考文献
[1] 胡大宝.PLC控制系统中抗干扰解决方法探讨[J].2004（1）：71-72.
[2] 沈健.PLC系统的抗干扰设计[J].港口装卸，2005（3）：25-26.
[3] 冯根生，李学武.PLC控制系统抗干扰技术设计策略评论推荐[J].科技与企业，2007（9）：90-91.
[4] 张存礼.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].电气传动，2007，37（1）：51-54.
作者简介
于浩（1981-），男，本科，工程师，主要从事仪表管理方面的研究。