如何优化PLC控制系统的抗干扰性设计？

尽管PLC是专为工业生产环境而设计，具有较强的抗干扰能力，但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或PLC的安装和使用方法不当，还是有可能给PLC控制系统的安全和可靠性带来隐患。因此，在PLC控制系统设计中，还需要注意系统的抗干扰性设计。

1.抗电源干扰的措施

实践证明，因电源引入的干扰而造成PLC控制系统故障的情况很多。PLC系统的正常供电通常由电网提供，由于电网覆盖范围广，它将受到由于所在空间电磁干扰而在电路上感应的高电压和大电流的影响；尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电电路传到PLC的电源。因此，通常采取以下措施来减少因电源干扰而造成的PLC控制系统故障。

（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，电源占有极重要的地位，电网干扰串入PLC控制系统主要是通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于给PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电电源和与PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源并未受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是由于使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电电源，应选择分布电容小、抑制带宽（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的电源干扰。此外，为保证电网馈电不中断，可采用不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性；并且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。

（2）硬件滤波措施

在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔离变压器对PLC系统供电，还可以在隔离变压器一次侧串接滤波器。

（3）正确选择接地点，完善接地系统

2.控制系统的接地设计

接地设计有两个基本目的：一是消除各路电流流经公共地线阻抗所产生的噪声电压；二是避免磁场与电位差的影响，使其不形成地环路。如果接地方式不好就会形成环路，造成噪声耦合。

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。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；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。设计中若能把接地和屏蔽正确的结合起来使用，则可以解决大部分干扰问题。

PLC控制系统的地线包括数字地（逻辑地）、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地（机壳地）等。PLC控制系统的接地一般都采用一点接地，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，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如，电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层接地点有一个以上时，会产生噪声电流，形成噪声干扰源。另外，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷电现象时，地线电流将更大。

此外，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，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。(www.xing528.com)

模拟量测量通路受电路影响较大，数字量传输虽然抗干扰能力较强，但其通常有较大的噪声，而且电平的跳动会产生很大的尖峰扰动。因此，PLC系统模拟地与数字地实行分开走线，实行并联一点接地。

模拟地的接法十分重要，为了提高抗共模干扰能力，对模拟信号可采用屏蔽浮地技术。

3.防I/O干扰的措施

由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作或死机，因此，除应从抗干扰角度选择I/O模块以外，在安装与布线时还应注意以下几个方面：

1）安装时应正确选择安装地点和接地点，以完善接地系统。

2）PLC应远离强干扰源（如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备），不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（两者之间距离应大于200mm），与PLC装在同一个柜子内的电感性负载（如功率较大的继电器、接触器的线圈）应并联RC电路。

3）动力线、控制线、PLC的电源线及I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，可加隔板，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，而且还能将干扰降到最低限度。

4）PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量的信号线也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

5）输入端接线一般不要太长，但如果环境干扰较小，电压降不大，则输入端接线可适当长些。尽可能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，便于阅读，但急停、限位保护等情况例外。

6）输出端接线分为独立输出和公共输出，因此要注意电源的类型和电压的等级。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的电源，但在同一组中，只能用同一类型、同一电压等级的电源。

7）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

8）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，再连至端子排，若将连接输出元件的负载短路，则将烧毁印制电路板。对于继电器输出型PLC，电感性负载的大小会影响继电器的使用寿命，因此，对于大的电感性负载，应通过中间继电器来隔离。