张丽梅

排除PLC现场干扰问题的实践

张丽梅

(西山煤电集团公司 东曲矿选煤厂，山西 古交 030200)

PLC控制系统是自动化行业的主要组成部分，其可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行。要提高PLC控制系统的可靠性，在现有设施的前提下，要求在工程设计、安装施工、设备选择和使用维护中引起高度重视。系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键环节，只有多方配合才能解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。本文介绍了PLC在工业现场应用中所遇到的一系列干扰问题，并根据实践经验，提出了相应的解决方案。

可编程控制器;抗干扰;屏蔽;接地;延时继电器

随着科学技术的发展以及企业自动化程度的提高，可编程控制器(PLC)的应用越来越广泛。PLC虽然是由各种半导体集成电路组成的精密电子设备，但是由于受工作环境影响，其工作可靠性也有所下降。

PLC的干扰问题，一直是电子行业最棘手的问题，笔者根据多年来遇到过的干扰问题，归纳起来主要有以下几种。

1 来自电源的干扰

由于电网覆盖面积较大，受周围输电线的干扰，厂区电压波动很大，已经超过了正常允许的范围。供电系统的设计直接影响了控制系统的可靠性。当模块的输入电压超过正常的允许范围时，模块就会发生误动作。如西山煤电集团公司东曲矿选煤厂最初使用的系统中，发生模拟指示屏大面积闪动现象。

为了确保系统能够可靠运行，使其工作电压正常，该厂在电源接入控制器前采取了以下措施。

1)使用UPS不间断供电。

UPS可以对控制器起到有效的保护作用。一是停电保护，当交流输入中断时，UPS立即将电池直流电源转换成交流电继续供电。二是消除市电上的电涌、瞬间高低电压、频率偏移等电源污染对控制器造成的冲击。

2)使用带滤波器的隔离变压器。

将主站和各分站I/O系统分别由带滤波器的隔离变压器供电，这样可以把来自电源的传导性干扰阻隔在隔离变压器前，同时还可以为模块提供相应的等级的电压，其示意图见图1。

图1 带滤波器的隔离变压器工作示意图

2 来自接地系统的干扰

接地是PC系统不可忽视的环节，正确的接地既能有效防止由漏电流产生的感应电压，又能抑制电磁干扰的影响;而错误的接地，反而会引入干扰信号，使PLC系统无法正常工作。

东曲矿选煤厂集中控制系统初建成时，其接地系统与电机、变压器等动力设备串联在一起。笔者在一次巡视设备时，发现PC柜内接地线在联接处有火花，可见电缆屏蔽层内有电流通过。当电缆屏蔽层有感应电流时，就会通过屏蔽层与芯线间的耦合干扰信号电路。

为了消除不良接地对控制系统的干扰，将控制器与其他设备单独接地，在给控制器做单独接地时，考虑了以下因素：

1)接地电缆应尽可能短，截面积应尽可能宽。

2)接地线应避开强电回路和主回路电线，不能避开时应垂直相交，应尽量缩小平行走线长度。

3)屏蔽线只能一端接地，且在靠近控制器一侧接地。

4)接地电缆布置呈树状结构。

操作中，将直径为50 mm，长2～2.5 m的圆钢埋入地下约0.5～0.8 m深作为接地体，将屏蔽线辫成辫子，并使辫子的长宽比约为10∶1，且在PC柜一侧接地(注：不能将屏蔽线的两侧同时接地)。接地线使用3×6+1×4的铜芯电缆拧成一股制成。将逻辑地、屏蔽地、信号地、系统地以及保护地并列接入接地体，并请专业技术人员对其接地阻值进行测量，形成了一套较完善的接地系统。PLC接地系统示意图见图2。

图2 PLC接地系统示意图

3 来自I/O信号的干扰

系统的输入输出(I/O)是CPU与外界沟通信息的通道，由于受外部线路的影响，经常会引入干扰信号。笔者在工作当中遇到过CPU在系统正常运行中突然发生故障而中止工作或报警的情况。起初故障只是偶尔发生，后来频繁发生，严重影响了生产。当故障发生时，现场找不到明显的故障点，不需要进行任何处理，设备立即就可以重新启动。通过跟踪设备开车的全过程，发现程序中有输入信号闪动现象，跳闪时间一般超不过1 s，经分析发现问题发生在信号传输上。为了解决这个问题，该厂采取了以下措施。

3.1 隔离继电器法

首先在MCC柜中相应的位置增加一只小型继电器，这个继电器要尽可能地靠近该设备的控制回路及端子，然后将接触器辅助接点上DC24 V电源改为AC220 V电源，AC220 V电源引自开关下面，并通过4 A保险管。该AC220 V线路通过接触器常开接点后作为中间继电器的线圈电源，并将原来的DC24 V的电源线改接到中间继电器的常开接点上，然后再由接点进入PC柜内，与原有控制回路衔接。这样，既保证了进入PC柜内的控制线仍为DC24 V，又能有效地避开强电对弱电线路的干扰。改造后的原理示意图见图3。

图3 隔离继电器工作简图

3.2 程序加延时法

3.2.1 延时继电器的工作原理

延时继电器结构图见图4。

图4 延时继电器结构图

其工作梯形图见图5。

图5 工作梯形图

输出端

A=当ENABLE端由0变为1时，输出端也由0变为1;

B=当ENABLE端由1变为0时，计时器开始计时，输出端继续为1;

C=当前值达到预置值时，输出端由1变为0，计时器停止计时;

D=当ENABLE端由0变为1时，计时器复位，当前值被清零;

E=当ENABLE端由1变为0时，计时器开始计时;

F=当ENABLE又由0变为1时，且当前值不等于预置值时，计时器复位，当前值被清零;

G=当ENABLE端再由0变为1，计时器开始计时;

H=前值达到预置值时，输出端由1变为0，计时器停止计时。

注：每一个计时器需占用3个连续的寄存器变量。

改动后的程序工作原理图见图6。

图6 改动后的程序工作原理图

3.2.2 具体实施方案

对所有参控设备的输出程序进行改造。具体方案：如果回路中出现干扰，那么它只在毫秒范围内，则在程序中加延时继电器;当线路中有干扰时，让它实现延时断开，从而有效抑制干扰信号对设备的影响。然而这个时间的设定不能影响正常的故障闭锁停车，否则会造成更大的事故。同时，还考虑到闪动故障到来时会有声报警，所以当干扰信号不影响开车时，不要产生声报警。因此，把这个时间定为0.8 s。程序改动分为两类，一是输出程序部分，二是报警程序部分。本次改造共改动程序78条，新增加程序54条。

4 结束语

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此，在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

［1］ 韩富春.电力系统自动化技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2004：33－39.

［2］ 王卫兵，高俊生.可编程控制器的原理与应用［M］.上海：上海交通大学出版社，2002：343－346.

Practice on Ruling out PLC Field Interference Problems

Zhang Li－mei

The PLC control system is the main component of automation industry，the reliability directly affects the safety production and economic operation of the enterprise.To improve the reliability of the PLC control system，in the existing facilities，should pay enough attention in the engineering design，the installment construction，equipment selection and use maintenance.The anti－interference ability of the system is the key link in relation to reliable operation of the whole system，only good cooperation can completely solve the problem，effectively enhance antijamming performance of the system.This paper introduces a series of interference problems in the application of PLC industrial field，and based on the practice puts forward the corresponding solutions.

Programmable controller;Anti－interference;Shielding;Grounding;Delay relay

TD679

A

1672－0652(2012)04－0039－03

2012－02－19

张丽梅(1970—)，女，山西汾阳人，1994年毕业于华北工学院，工程师，，主要从事电气自动化与工业信息控制工作(E －mail)zlm0280@163.com