论文部分内容阅读
摘 要：本文阐述了可编程控制器(PLC)在电气自动化控制系统应用中的干扰来源，综合分析了可编程控制器系统中各种常见的干扰因素及特点, 并研究探讨了提高PLC控制系统可靠性，抑制和消除干扰的常用方法。
关键词： PLC 干扰 对策
一、 引言
可编程控制器（PLC ）是一种新型的通用自动化控制装置，自动化程度高、配置灵活。PLC高可靠性是电气控制设备的关键性能。是工业控制领域的核心控制器，随着工业设备自动化控制技术的发展，在工业设备控制中的应用越来越广泛。PLC 控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和稳定运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统的可靠性。PLC 受干扰将会影响系统信号，造成系统控制精度降低， PLC 内部数据丢失，机器误动作，严重时可能会发生人身和设备事故。采取相应的技术措施，提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容。
二、 PLC控制系统中干扰源
随着科学技术的进步，各种工业控制系统也趋于自动化，可编程控制器是通用工业控制装置，可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，影响PLC控制系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
1、电源的干扰
PLC控制系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰，空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、雷达等产生的辐射干扰，由于冶金系统使用的大多数是大型设备，他们的启动或者停机等可能引起电源过压、欠压、下陷及产生尖峰等干扰，这些电压噪声干扰均会通过电源内阻藕合到PLC系统的电路，造成PLC极大的信号干扰。
2、PLC自身的信号线引入的干扰。PLC自身的干扰又分为内部干扰和外部干扰：
⑴内部干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如元器件间的相互不匹配使用、逻辑电路相互辐射相互影响等。
⑵外部干扰是与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入，都会引起I/O（输入/输出）信号工作异常和测量精度大大降低。
3、外部仪表及电气控制硬件等的干扰
⑴外部仪表干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰；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，这是很严重的。
⑵电气控制硬件干扰是由于接触器、热继电器、中间继电器等的吸合不好产生高频振荡噪声严重影响PLC信号的传输。
4、接地系统的干扰。众所周知良好的接地是提高电子设备可靠工作的有效手段之一，正确合理的接地能抑制设备向外发出干扰；但接地不合理或是错误接地反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效目的。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。
5、变频器对PLC的干扰
如果变频器柜安装离PLC柜很近，那么PLC控制也会受到相应的信号干扰。
⑴变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，如交直流互换设备 各种整流设备、非线性负载及照明设备、电子电压调整设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量。
⑵变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响PLC的正常工作。
⑶变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是电磁干扰源。改变频率有很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和PLC的干扰信号。
三、 PLC控制系统干扰对策
PLC在使用过程受到干扰的因素很多而且也很复杂，需要合理的对策解决这一系列问题。要理论联系实际。消除种种干扰才能有效保证系统可靠运行。
1、 针对消除电源对PLC干扰需做以下几方面的工作：
⑴首先电源的选择上要选择抗干扰能力强的电源，可采用不间断供电电源(UPS)供电，提高供电的安全可靠性。而且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
⑵对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。将PLC电源与系统动力设备分开配线，I/O（输入/输出）线路尽量与电源线平行走向。
⑶如果电源对PLC干扰特别严重时可以采取两方面的对策：其一是使用隔离变压器衰减从电源进线的高频干扰信号，输入、输出线应用双绞线以抑制共模干扰。其二是用低通滤波器抑制高次谐波。低通滤波器的内部电容上电感组合方式不同，对高次谐波的抑制也有一定效果。
⑷控制柜内的各控制线以及PLC的电源线和I/O（输入/输出）线应分别配线，最好单独敷设在封闭的电缆槽架内,线槽外壳要良好接地。
2、解决PLC自身的信号线干扰
PLC内部集成块质量不标准，焊接不精确都会导致内部元器件及电路间相互产生电磁辐射，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响。电子元件选择不合理会造成PLC内部电磁不兼容。可以选择较好的厂家进货。如西门子，其软件、硬件成熟，系统严谨、集成度好、专业化强。西门子的PLC稳定可靠性、使用广泛性要高一些，性能质量好、开放性好，支持多种通信协议。选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性(EMC)好的产品。
3、电气控制硬件等的干扰对策
尽量将PLC柜内其他部分的电气控制硬件拆除，使得PLC柜独立远离接触器的吸合或者断开是产生的电弧干扰，不稳定波动大的仪表不能安装在PLC柜上。
4、良好的接地是PLC稳定运行的基础
⑴良好的接地是保证PLC 可靠工作的重要条件之一，可以避免偶然发生的电压冲击危害。若达不到此要求，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。接地电阻要小于5Ω，接地线要粗，面积要大于2 mm?，而且接地点最好靠近PLC 装置，完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
⑵将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。对PLC控制系统而言．它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用点接地方式。
5、变频器对PLC干扰的抑制
⑴使用滤波器， 该设备具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。
⑵加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
⑶使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器，主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，避免影响其它设备正常运行。
结束语：
在使用安装PLC进行工业控制时，提高PLC 控制系统的可靠性的措施还很多，选用高质量的元器件，充分利用PLC本身软件性能，灵活巧妙地编程等措施。可以有效地改善系统性能，提高系统的抗干扰能力。
关键词： PLC 干扰 对策
一、 引言
可编程控制器（PLC ）是一种新型的通用自动化控制装置，自动化程度高、配置灵活。PLC高可靠性是电气控制设备的关键性能。是工业控制领域的核心控制器，随着工业设备自动化控制技术的发展，在工业设备控制中的应用越来越广泛。PLC 控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和稳定运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统的可靠性。PLC 受干扰将会影响系统信号，造成系统控制精度降低， PLC 内部数据丢失，机器误动作，严重时可能会发生人身和设备事故。采取相应的技术措施，提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容。
二、 PLC控制系统中干扰源
随着科学技术的进步，各种工业控制系统也趋于自动化，可编程控制器是通用工业控制装置，可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，影响PLC控制系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
1、电源的干扰
PLC控制系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰，空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、雷达等产生的辐射干扰，由于冶金系统使用的大多数是大型设备，他们的启动或者停机等可能引起电源过压、欠压、下陷及产生尖峰等干扰，这些电压噪声干扰均会通过电源内阻藕合到PLC系统的电路，造成PLC极大的信号干扰。
2、PLC自身的信号线引入的干扰。PLC自身的干扰又分为内部干扰和外部干扰：
⑴内部干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如元器件间的相互不匹配使用、逻辑电路相互辐射相互影响等。
⑵外部干扰是与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入，都会引起I/O（输入/输出）信号工作异常和测量精度大大降低。
3、外部仪表及电气控制硬件等的干扰
⑴外部仪表干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰；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，这是很严重的。
⑵电气控制硬件干扰是由于接触器、热继电器、中间继电器等的吸合不好产生高频振荡噪声严重影响PLC信号的传输。
4、接地系统的干扰。众所周知良好的接地是提高电子设备可靠工作的有效手段之一，正确合理的接地能抑制设备向外发出干扰；但接地不合理或是错误接地反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效目的。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。
5、变频器对PLC的干扰
如果变频器柜安装离PLC柜很近，那么PLC控制也会受到相应的信号干扰。
⑴变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，如交直流互换设备 各种整流设备、非线性负载及照明设备、电子电压调整设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量。
⑵变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响PLC的正常工作。
⑶变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是电磁干扰源。改变频率有很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和PLC的干扰信号。
三、 PLC控制系统干扰对策
PLC在使用过程受到干扰的因素很多而且也很复杂，需要合理的对策解决这一系列问题。要理论联系实际。消除种种干扰才能有效保证系统可靠运行。
1、 针对消除电源对PLC干扰需做以下几方面的工作：
⑴首先电源的选择上要选择抗干扰能力强的电源，可采用不间断供电电源(UPS)供电，提高供电的安全可靠性。而且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
⑵对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。将PLC电源与系统动力设备分开配线，I/O（输入/输出）线路尽量与电源线平行走向。
⑶如果电源对PLC干扰特别严重时可以采取两方面的对策：其一是使用隔离变压器衰减从电源进线的高频干扰信号，输入、输出线应用双绞线以抑制共模干扰。其二是用低通滤波器抑制高次谐波。低通滤波器的内部电容上电感组合方式不同，对高次谐波的抑制也有一定效果。
⑷控制柜内的各控制线以及PLC的电源线和I/O（输入/输出）线应分别配线，最好单独敷设在封闭的电缆槽架内,线槽外壳要良好接地。
2、解决PLC自身的信号线干扰
PLC内部集成块质量不标准，焊接不精确都会导致内部元器件及电路间相互产生电磁辐射，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响。电子元件选择不合理会造成PLC内部电磁不兼容。可以选择较好的厂家进货。如西门子，其软件、硬件成熟，系统严谨、集成度好、专业化强。西门子的PLC稳定可靠性、使用广泛性要高一些，性能质量好、开放性好，支持多种通信协议。选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性(EMC)好的产品。
3、电气控制硬件等的干扰对策
尽量将PLC柜内其他部分的电气控制硬件拆除，使得PLC柜独立远离接触器的吸合或者断开是产生的电弧干扰，不稳定波动大的仪表不能安装在PLC柜上。
4、良好的接地是PLC稳定运行的基础
⑴良好的接地是保证PLC 可靠工作的重要条件之一，可以避免偶然发生的电压冲击危害。若达不到此要求，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。接地电阻要小于5Ω，接地线要粗，面积要大于2 mm?，而且接地点最好靠近PLC 装置，完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
⑵将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。对PLC控制系统而言．它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用点接地方式。
5、变频器对PLC干扰的抑制
⑴使用滤波器， 该设备具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。
⑵加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
⑶使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器，主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，避免影响其它设备正常运行。
结束语：
在使用安装PLC进行工业控制时，提高PLC 控制系统的可靠性的措施还很多，选用高质量的元器件，充分利用PLC本身软件性能，灵活巧妙地编程等措施。可以有效地改善系统性能，提高系统的抗干扰能力。