（長沙大學電子系，湖南長沙410003）

　　［摘　要］　文中對影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要干擾源、成因進行了分析。從硬件電路設計和軟件程序編制入手，研究探討提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的方法和措施。實踐證明，這些方法和措施對提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力具有普遍意義和實用價值。
    ［關鍵詞］　PLC；控制系統(tǒng)；抗干擾

1　概　述　　
　　PLC作為一種自動化程度高、配置靈活的工業(yè)生產過程控制裝置，因為其本身的高可靠性、允許在較為惡劣的環(huán)境下工作而在自動控制領域中得到廣泛應用。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I／O端口，雖然它有與現場相當可靠的隔離和端口之間的隔離以及端口輸入、輸出信號與總線信號之間的隔離，但由于PLC的應用場合越來越廣，應用環(huán)境越來越復雜，所受到的干擾也越來越多。如來自電源波形的畸變、現場設備所產生的電磁干擾、接地電阻的耦合、輸入元件觸點的抖動等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。因此，研究PLC控制系統(tǒng)干擾信號的來源、成因及抑制措施，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。
2　影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素　　
   影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素很多，主要 的有下面幾種：
　?。?）電源波形畸變干擾：由于PLC控制系統(tǒng)本身或者電網其它設備采用SCR、GTO、IGBT等電力半導體器件，在工作時產生的高次諧波、噪聲、寄生振蕩等，引起電網電源波形畸變，通過電源線路對PLC產生的干擾。
　?。?）電路耦合干擾：由于PLC接地點選擇不當或接地不良，通過回路公共阻抗發(fā)生耦合而產生的電流干擾。
　　（3）輸入元器件觸點的抖動干擾：由于現場強烈振動使PLC輸入元器件觸點發(fā)生抖動（尤其是常閉觸點）產生的誤信號所形成的干擾
　　（4）電容性干擾：在干擾源與干擾對象（PLC）之間存在分布電容耦合所產生的干擾。
　?。?）電感性干擾：干擾源中的交變磁場通過干擾對象（PLC）中的電感性元件耦合所產生的干擾。
　　（6）波干擾：由空間電磁波（主要是雷達、電臺、移動電話等）的電磁場、傳導波的傳導電流和傳導電壓所產生的干擾。過合理配置供電電源、正確選擇接地點、接地方式和輸入輸出配線等措施，可有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
3．1　供電電源
　　由于PLC本身抗干擾的能力很強，通常只要將PLC電源與系統(tǒng)動力設備分開配線，對于從電源來的干擾，具有足夠強的抑制能力。但是，如果遇到特殊情況，電源干擾特別嚴重，可采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電，甚至加接線路濾波器，以抑制從交直流電源侵入的常模和共模瞬變干擾，還可抑制PLC內部開關電源向外輻射噪聲。在有較強干擾源的環(huán)境中使用PLC，或對PLC工作可靠性要求特別高時，應將屏蔽層和PLC浮動地端子接地。
3．2　接地
　　在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“地”，主要有：
　?。?）信號地：是輸入端信號元件———傳感器的地。
　　（2）交流地：交流供電電源的N線，通常它是產生噪聲的主要地方。
　?。?）屏蔽地：一般為防止靜電、磁場感應而設置的外殼或金屬絲網，通過專門的銅導線將其與地殼連接。
　?。?）保護地：一般將機器設備外殼或設備內獨立器件的外殼接地，用以保護人身安全和防護設備漏電。
　　為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應對PLC系統(tǒng)進行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關，當頻率低于1 MHz時，可用一點接地；高于10 MHz時，采用多點接地；在1～10 MHz間采用哪種接地視實際情況而定。因此，PLC組成的控制系統(tǒng)常用一點接地，接地線截面積不能小于2 mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線最好是專用地線。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，禁止采用與其它設備串聯(lián)接地的方式。
　　交流電源在傳輸時，在相當一段間隔的電源導線上，會有幾mV、甚至幾V的電壓，而低電平信號傳輸要求延路電平為零。為防止交流電對低電平信號的干擾，在直流信號的導線上要加隔離屏蔽；不允許信號源與交流電共用一根地線；各個接地點通過接地銅牌連接到一起。
　　屏蔽地、保護地不能與電源地、信號地和其它地扭在一起，只能各自獨立的接到接地銅牌上。為減少信號的電容耦合噪聲，可采用多種屏蔽措施。對于電場屏蔽的分布電容問題，通過將屏蔽地接入大地可解決。對于純防磁的部位，例如強磁鐵、變壓器、大電機的磁場耦合，可采用高導磁材料作外罩，將外罩接入大地來屏蔽。
3．3　輸入、輸出配線
　?。?）PLC電源線、I／O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線都應盡量分開布線。開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線，且后者應采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數字傳輸線也要用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。由于雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應電流引起的噪聲互相抵消，故信號線多采用雙絞線或屏蔽線。
    （2）輸入、輸出信號的防錯
　　當輸入信號源為晶體管，或是光電開關輸出類型時，在關斷時仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高，如漏電流干擾超過一定值，就形成了誤信號。同樣，當輸出元件為VTH（雙向晶閘管）或是晶體管輸出，而外部負載又很小時，會因為這類輸出元件在關斷時有較大的漏電流，引起微小電流負載的誤動，導致輸入與輸出信號的錯誤，給設備和人身造成不良后果。
　　解決辦法是在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負載上的電流，電路接線如圖3—1所示。圖中，旁路電阻按下式求出：

式中，Il———輸入信號源或輸出晶閘管最大漏電流；
      Um———輸入信號電壓或外部負載電壓最大值；
      IN———輸入點或外部負載的額定電流。
　　還有一種方法是在PLC輸入端加RC濾波環(huán)節(jié)，利用RC的延遲作用來抑制竄入脈沖所引起的干擾。在晶閘管輸出的負載兩端并聯(lián)RC浪涌電流抑制器，減小漏電流的干擾。

4　從軟件設計方面提高系統(tǒng)抗干擾能力　　
　　PLC內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作，提高　　系統(tǒng)的抗干擾能力。
4．1　利用PLC內部定時器，屏蔽輸入端可能出現的誤信號
　　在PLC組成的自動控制系統(tǒng)中，每一次循環(huán)，各工步的動作時間通常是固定不變的，行程開關（或其它敏感元件，如光電開關）總是在該工步的同一時刻發(fā)出信號。根據這一特點，用兩個內部定時器，限定PLC只在該開關正常發(fā)信號的時間內采樣，就可屏蔽掉其它時間可能發(fā)出的誤信號———干擾信號?！　D4—1所示是以FX2N—48MR型PLC控制為例（文中舉例均為此機型），某自動生產線上對輸入X000采樣的梯形圖程序及時序圖。根據計算和實測，正常情況下，輸入X000總是在輸出Y000啟動后0．7 s左右發(fā)出信號。但在實際運行時，由于現場環(huán)境惡劣，有可能使X000發(fā)出誤信號，引起控制系統(tǒng)的錯誤動作。現在，將定時器T0的延遲時間設為0．5 s，T1的延遲時間設為0．9 s，從圖可知，只有在Y000＝1后0．5～0．9 s的時間內采樣的X000信號，才被認為是有效信號M0，其它時間內，即使X000誤發(fā)信號，也會被屏蔽掉。

4．2　利用PLC內部計數器，消除輸入元件觸點“抖動”干擾
　　在PLC控制系統(tǒng)中，由于外界干擾的影響，有些輸入元件在接通時，會發(fā)生觸點時斷時續(xù)的“抖動”現象而發(fā)出錯誤信號。在圖4—2a中，當輸入X001發(fā)生抖動時，輸出Y001也會跟著抖動。消除 這種干擾的方法是利用計數器經適當編程來實現。圖4—2b是用計數器組成的消“抖動”程序和波形圖。當“抖動”干擾使X001斷開的間隔Δt＜x×0．1s（注：M8012為特殊輔助繼電器，產生0．1 s的時鐘脈沖）時，計數器輸出為“0”，輸出繼電器Y001保持接通，干擾對PLC正常工作不構成影響；當X001斷開時間Δt≥x×0．1 s，計數器C1計滿x次時，C1為“1”，輸出繼電器Y001輸出為“0”。計數器的計數次數x可在調試時根據干擾情況修改。

5　結束語　　
　　隨著PLC的應用越來越廣泛，它所要克服的干擾越來越多，越來越復雜。如何進一步提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，多種方法和措施正在研究探索之中。通過正確設計硬件線路，選用高質量的元器件，充分利用PLC本身軟元件，靈活巧妙地編程等措施，可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。