周纯

摘 要：电气自动化设备所使用的PLC控制系统，在运行中总是伴随着高电流和高电压辐射的恶劣环境，高速变化的电流和电压产生的磁场，影响着整个控制系统。因此，干扰问题是影响设备正常运行的主要问题，要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰并有效控制才能保证系统可靠运行。本文对电气自动化PLC控制系統的干扰源及抗干扰措施展开了探讨和研究。

关键词：电气控制；自动化设备；抗干扰；PLC控制系统

中图分类号：TL362 文献标志码：A

0 引言

随着我国科学技术水平的不断发展，电气自动化对国民经济的发展起到举足轻重的作用，自动化设备也因此在各个领域获得广泛应用。但是在实际应用当中，自动化设备中的PLC控制系统往往会受到各种因素的干扰而不能正常工作，在一定程度上降低了设备效率，也限制了设备创造更多的经济效益。为了提升PLC电气控制系统的稳定性，保证设备高效率的运行，有必要对各种干扰源进行分析，并实施明确的抗干扰方法，这对自动化设备的发展有一定的积极作用。

1 PLC控制系统干扰概述

PLC控制系统在实际应用中，各种模拟信号数字信号及一些辅助电路中的继电器、电源、电机、变频器和控制器等状态的快速剧烈断变化产生变化的磁场，变化的磁场引发的电荷无序随机的移动便产生噪声源，即干扰源。这些电磁干扰源种类繁多，常见的有浪涌噪声、高频辐射、偶发干扰、共模干扰和差模干扰等。任何一种干扰都将对PLC控制系统造成或大或小的不可预估的影响，小则烧坏IO点，大则引起设备撞车，损坏自动化设备或导致人身安全事故，造成经济利益受损。因此PLC控制系统抗干扰问题必须加强关注。

2 PLC控制系统中的干扰源

2.1 空间的电磁、辐射干扰

事实上在整个空间中，到处都存在着或强或弱的辐射，这些辐射主要是由电网电力系统、电气设备、广播、无线网络、加热设备、变压器、信号塔等产生的。若PLC控制系统距离这些干扰源很近，电磁辐射会直接对PLC控制系统的电路产生感应，影响IO点的正常工作，或对PLC内部通信产生干扰，造成错误的通信数据。

2.2 电源的干扰

电源是整个PLC控制系统的基础，电源的稳定性基本决定了控制系统的可靠性。实际应用中因电源干扰造成PLC控制系统不正常工作的概率较高。究其原因，PLC控制系统的供电电源一般直接从电网引入，而电网几乎连接着所有的大大小小的耗电设备，电网中的大型设备的启停浪涌噪声、电机转动的谐波、变压器的不稳定、短路冲击等，对控制系统的电源都将造成影响。

2.3 信号线引入的干扰

PLC控制系统一般包括多种执行器、如电磁阀、变频器、伺服驱动器、力矩马达、信号灯及一些输入装置，如力声光电热各类传感器，开关按钮，通信面板等，而所有这些设备与PLC控制系统有着密切的信号交换，在传输正确有效信号的同时，因信号线的长度、质量和绝缘性能等因素，信号线总会受到一些杂波信号的干扰，特别是对高电平信号影响较大，这些干扰信号会引起PLC IO点工作不稳定，通信异常等，影响整个控制系统。

2.4 不正确接地的干扰

为了保证控制系统的稳定性和可靠性，接地是可行且必要的方法之一。而在实际项目的运用中，通常存在接地不正确或接地混乱的情况，这对PLC控制系统也会造成严重的干扰。不正确的接地系统会造成各个接地位置存在电势差，这种电势差与PLC系统会形成闭环电流，影响着系统中的输入信号采集，执行器动作及正常通信。一般PLC工作的信号电压范围较窄，接地异常容易影响PLC控制系统的程序运行异常，数字信号交换异常，模拟信号精度下降等。

2.5 PLC系统内部的干扰

一般系统内部的干扰主要由PLC内部控制板的布局设计，元器件质量的劣等、老化、相互的电磁干扰，数字地与模拟地的互相影响，扩展模块的不当选型和使用等造成的。这种干扰的存在，要求工程技术人员必须按操作手册严格选型与使用，若干扰仍然存在，应更换相关模组。

3 PLC控制系统中抗干扰的方法

为了提升PLC控制系统的稳定性，在实际运用中必须高度关注以上分析的干扰源，并实施有效措施加以合理控制，延长系统硬件寿命，并保证自动化设备的稳定运行。

3.1 选用合适的电源

在PLC控制系统中，电源是整个控制系统的基础。电源来源一般是市电220V交流电，电网的扰动、变化经常发生，这些变化直接造成电压毛刺和畸变，然后通过PLC供电电源、执行装置驱动器电源、变频器电源以及与PLC系统连接的各类传感器电源进入整个控制系统。对于PLC供电电源，一般都采用隔离性能较好的电源，使用隔离器抑制进线处的高频信号，传输线缆用双绞线以削弱共模干扰。其次，应该采用低通滤波器削弱或消除由大功率变频器，驱动器串入的高频谐波。电源线路的铺设也应该尽量远离信号与通信线路，或用金属板隔挡电源。有些型号的PLC主机是采用24V直流供电，因此在选择开关电源时，要选择合适的功率且输出稳定可靠的电源，避免因功率不足而造成无法驱动IO，或导致其他信号的异常。

3.2 选择可靠的信号传输电缆

在自动化设备PLC控制系统使用过程中，线缆长度，质量及绝缘性能决定了信号的传输质量。为了减少电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆，提升信号传输质量是一个可行且有效的措施，其次，信号和通信电缆要选用带屏蔽层的电缆。对供电线、信号线及通信线应该选用不同的线缆，采用供电线与信号线传输线分开铺设的方式，同时，信号线与通信线在走线槽里应分层铺设。避免一根电缆同时接入供电线和信号线，信号线与供电线应避免平行铺设，以减少信号干扰。对于传输高频信号，应该选用同轴电缆。对于在信号传输过程中出现的毛刺现象，需要通过安装电容滤波来进一步调理信号的传输，提升系统的抗干扰能力。

3.3 正确接地，消除干扰

接地的目的其一是为了电气及人身安全，其二是为了抑制系统干扰。PLC控制系统中，大量设备装置之间信号的互连要求各设备装置都要有一个基准“地”作为信号的参考地。正确完善的接地是提高PLC控制系統抗干扰能力的重要措施之一。接地在消除干扰上起着重要作用。在PLC控制系统中，大部分使用220V交流市电及24V直流供电，与之连接的有众多执行装置、控制器等，甚至与机器设备也有避免不了的物理接触。

因此交流地和直流地，必须分开接，其中数字信号地和模拟信号地也应分开接，通常采用悬浮的共地点。接地方式有3种分别是：悬浮接地、直接接地和电容接地。PLC控制系统大都是高速扫描低电压控制，应采用直接接地方式。设备装置之间的信号交换速度有高有低，受到各种线缆铺设造成的分布电容和输入信号的波动影响，PLC控制系统接地线应采用一点接地或串联一点接地方式。若是自动化设备体型巨大，分段或分层安装部署，那么必须在每一段或每一层引出接地线串连到一点接到地极。对于信号线和通信线，必须选用带屏蔽层的单芯或多芯绞线，屏蔽层一端接地，可有效预防信号干扰。

3.4 选择合适的滤波器

滤波器对快速瞬变干扰具有明显的抑制作用，滤波器常见种类有数字滤波器、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、模拟滤波器及介质滤波器等，选择合适的滤波器能够有效地预防和杜绝PLC控制系统中的干扰问题。PLC控制系统的抗干扰性能与滤波器的选择、安装质量密切相关。如果不采用合适的方法进行安装，就算是选用了性能良好的滤波器，同样达不到预期的效果。因此，为了保证PLC控制系统的抗干扰能力，工程人员在选择和使用滤波器时，应该注意以下事项：

（1）使用板上滤波器时，布线时要在接线端预留一块“干净地”，滤波器和连接器置于此块区域。

（2）滤波器与面板之间的导线尽量短，减小近场干扰。

（3）如果设备，机柜是金属外壳，安装滤波器的“干净地”要与这些金属外壳搭接。如果没有金属外壳，可以在电控板下方放置较大的金属板来建立滤波地，这样可有效减少射频阻抗。

因此正确选择、安装、使用滤波器是提高整个PLC控制系统的电磁兼容性的有效可靠的方法。

3.5 选用性能优良的PLC主机及扩展模块

PLC在硬件设计上，数字量输入输出采用光耦合器件，PLC内部电路与外部电路之间的电气隔离，有效地阻挡了外部电路干扰的串入。同时，PLC的电源线路与I/O回路加入了多重滤波电路的设计，因此PLC本身具有较高的可靠性和强抗干扰能力。但由于品牌、型号众多，性能表现参差不齐，在不同的应用场合和项目需求下，应根据品牌型号、安装方式、功能要求、扩展方式、响应速度、抗干扰能力及成本等多方面综合考虑来选择PLC主机及扩展模块。

结语

综上所述，电气自动化行业对于我国现阶段的国民经济发展有着重要作用。工业生产效率的提升离不开电气自动化设备的大量应用。然而，在自动化电气控制实际运用中，PLC控制系统的性能因为存在诸多干扰因素运行效率及稳定性往往受到抑制。因此工程技术人员必须了解各种干扰源，并掌握消除干扰源的方法与措施，在项目实施时合理有效控制，确保PLC控制系统能高效稳定运行，尽可能地最大化利用自动化设备的性能。本文通过对PLC控制系统存在的干扰问题进行了解析，对于电气控制及自动化的发展有着积极作用。

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