硬件抗干扰措施详解

1.电源的抗干扰措施

电源是干扰进入PLC的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的分布式电容和分布式电感的耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。

在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。

隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力。高频干扰信号不是通过变压器绕组的耦合，而是通过初级、次级绕组间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁心一起接地，可以减小绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。

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2.布线的抗干扰措施

数字量信号传输距离较远时，可以选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号（例如旋转编码器提供的信号）应选择屏蔽电缆，通信电缆应按规定选型。

PLC应远离强干扰源，例如大功率晶闸管装置、变频器、高频焊机和大型动力设备等。PLC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，二者之间的距离应大于200mm。不同类型的导线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。

I/O线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。如果不得已要在同一线槽中布线，则应使用屏蔽电缆。交流信号与直流信号应分别使用不同的电缆，数字量、模拟量I/O线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。

一般情况下，屏蔽电缆的屏蔽层应两端接金属机壳，并确保大面积接触金属表面，以便能承受高频干扰。在极少数情况下，也可以只对一端的屏蔽层接地，例如模拟量输入模块的传感器使用的屏蔽双绞线电缆，可以只将传感器侧的电缆屏蔽层接到电气参考地。

信号线和它的返回线绞合在一起，能减小感性耦合引起的干扰，绞合越靠近端子越好。模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线（每对双绞线和整个电缆都有屏蔽层）。不同的模拟信号线应独立走线，它们有各自的屏蔽层，以减少线间的耦合。不要把不同的模拟量信号置于同一个公共返回线。模拟量信号和数字量信号的传输电缆应分别屏蔽和走线，DC24V和AC 220V信号不要共用同一条电缆。

连接具有不同参考电位的设备将会在连接电缆中产生不必要的电流。这种电流会造成通信故障或损坏设备。应确保需要用通信电缆连接的所有设备或者共享一个共同的参考点，或者进行隔离，以防止不必要的电流。

如果模拟量输入/输出信号距离PLC较远，则应采用4～20mA的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式。干扰较强的环境应选用有光隔离的模拟量I/O模块，使用分布电容小、干扰抑制能力强的配电器为变送器供电，以减少对PLC的模拟量输入信号的干扰。模拟量输入信号的数字滤波是减轻干扰影响的有效措施。应短接未使用的A-D通道的输入端，以防止干扰电压进入PLC，影响系统的正常工作。

3.PLC的接地

控制设备有两种地：

1）安全保护地（或称电磁兼容性地），车间里一般有保护接地网络。为了保证操作人员的安全，应将电动机的外壳和控制屏的金属屏体连接到安全保护地。

2）信号地（或称控制地、仪表地），它是电子设备的电位参考点，例如PLC输入回路电源的负极应接到信号地。PLC和变频器通信时，应将PLC的RS-485接口的第5脚（5V电源的负极）与变频器的模拟量输入信号的负极连接到信号地。

控制系统中所有的控制设备需要接信号地的端子应保证一点接地。首先以控制屏为单位，将屏内各设备需要接信号地的端子连接到一起，然后用规定面积的导线将各个屏的信号地端子连接到接地网络的某一点。信号地最好采用单独的接地装置。

如果将各控制屏或设备的信号地就近连接到当地的安全保护地网络上，强电设备的接地电流可能在两个接地点之间产生较大的电位差，干扰控制系统的工作，严重时可能烧毁设备。

有不少企业因为在车间烧电焊，烧毁了控制设备的通信接口和设备。电焊机的二次电压很低，但是焊接电流很大。焊接线的“地线”一般搭在与保护接地网络连接的设备的金属构件上。如果电焊机的接地线的接地点离焊接点较远，焊接电流可能通过保护接地网络形成回路。如果各设备的信号地不是一点接地，而是就近接到安全保护地网络上，焊接电流有可能烧毁设备的通信接口或模块。

某企业将两条传送辊道之间的通信电缆两端的屏蔽层分别连接到设备的外壳，但是辊道线之间没有共地连接，电缆屏蔽层成了两条辊道之间的唯一电气通道。电焊工以为两条辊道已连接到接地网上，将电焊机的地线搭在一条辊道上，在另外一条辊道上焊接，导致电缆屏蔽层、通信接头和触摸屏冒烟着火。

4.防止变频器干扰的措施(www.xing528.com)

现在PLC越来越多地与变频器一起使用，经常会遇到变频器干扰PLC的正常运行的故障，变频器已经成为PLC最常见的干扰源。

变频器的主电路为交-直-交变换电路，工频电源被整流为直流电压，输出的是基波频率可变的高频脉冲信号，载波频率可能大于10kHz。变频器的输入电流为含有丰富的谐波的脉冲波，它会通过电力线干扰其他设备。谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近的电气设备。

可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器，或安装谐波滤波器（见图7-1），以吸收谐波，抑制高频谐波电流。

图7-1 变频器的输入/输出滤波器

将变频器放在控制柜内，并将其金属外壳接地，对高频谐波有屏蔽作用。变频器的输入/输出电流（特别是输出电流）中含有丰富的谐波，所以主电路也是辐射源。PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设，变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设，以减轻对其他设备的辐射干扰和感应干扰。

变频器应使用专用接地线，且用粗短线接地，其他邻近的电气设备的接地线必须与变频器的接地线分开。

可以对受干扰的PLC采用屏蔽措施，在PLC的电源输入端串入滤波电路或安装隔离变压器，以减小谐波电流的影响。

5.强烈干扰环境中的隔离措施

一般情况下，PLC的输入/输出信号采用内部的隔离措施即可以保证系统的正常运行。因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。

在发电厂等工业环境，空间极强的电磁场和高电压、大电流断路器的通、断将会对PLC产生强烈的干扰。由于现场条件的限制，有时很长的强电电缆和PLC的低压控制电缆只能敷设在同一电缆沟内，强电干扰在PLC的输入线上产生的感应电压和感应电流相当大，可能使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光，使PLC产生误动作。可以用小型继电器来隔离用长线引入PLC的开关量信号。FX的开关量输入模块的OFF→ON的输入电流为3.5mA或4.5mA，而小型继电器的线圈吸合电流为数十毫安，强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不会使隔离用的继电器误动作。来自开关柜内和距离开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离。

为了提高抗干扰能力，长距离的PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信信号可以考虑用光纤来传输和隔离，或使用带光耦合器的通信接口。

6.PLC输出的可靠性措施

如果用PLC驱动交流接触器，则应将额定电压为AC 380V的交流接触器的线圈换成220V的。在负载要求的输出功率超过PLC的允许值时，应设置外部继电器。PLC输出模块内的小型继电器的触点小，断弧能力差，不能直接用于DC 220V的电路，必须通过外部继电器驱动DC 220V的负载。

7.感性负载的处理

感性负载具有储能作用，控制它的触点断开时，电路中的感性负载会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，触点闭合时，会因触点的抖动而产生电弧，它们都会对系统产生干扰。

PLC的输出端接有感性元件（例如继电器、接触器的线圈）时，对于直流电路，一般情况可以只在负载两端并联型号为IN4001的续流二极管（见图7-2a）；如果要求提高关断速度，则可串接一个8.2V（晶体管输出）或36V（继电器输出）的稳压管。接线时请注意二极管和稳压管的极性。对于交流电路，应在负载两端并联阻容电路（见图7-2b），以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。负载电压为220V时，电阻可以取100～120Ω，电容可以取0.1μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。要求较高时，还可以在负载两端并联压敏电阻，其工作电压应比额定电压的峰值高出20%以上。

图7-2 输出电路的处理

为了减少电动机和电力变压器投切时产生的干扰，可以在PLC的电源输入端设置浪涌电流吸收器。