PLC控制系統的抗干擾設計是系統的一個重要組成部分，本文是從硬件部分對此加以討論。 一、引言 可編程序控制器簡稱PLC，它是一種特殊的控制計算機，具有編程簡單、通用性好、功能強等優點。廣泛應用于工業控制領域和大型的醫療設備中，它直接連接被控設備的電子設備。因此很容易被周圍干擾源干擾而引起控制系統產生誤動作。為了讓控制系統穩定工作，提高可靠性，在系統設計與安裝時應采取一定的抗干擾措施。 二、PLC控制系統中常見的干擾因素 （一）空間輻射干擾 電氣設備、電子設備的高密度使用，使空間電磁波污染越來越嚴重，這些干擾源產生的輻射波頻率范圍廣，且無規律。空間輻射干擾以電磁感應的方式通過檢測系統的殼體、導線等形成接收電路，造成對系統的干擾。 （二）信號通道干擾 1．共模干擾 共模干擾對系統的放大電路形成干擾較大，系統的各種信號電流通過電源內阻和公共地線阻抗，都會產生干擾電壓，形成共模干擾。 2．靜電柏臺千犰 電路之間的寄生電容使系統內某一電路信號的變化影響其他電路，形成靜電耦合干擾，只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻率高的信號存在，就有靜電耦合干擾存在。 3．傳導耦合干擾 系統的信號在傳輸過程中容易出現延時、變形并接收干擾信號，形成傳導耦合干擾。 （三）電源干擾 PLC系統一般由工業用電網絡供電。工業系統中的某些大設備的啟動、停機等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產生尖峰干擾，這些電壓噪聲均會通過電源內阻耦合到PLC系統的電路，給系統造成極大的危害。 （四）數字電路引起的干擾 數字集成電路引出的直流電流雖然只有mA級，但是當電路處在高速開關時，就會形成較大的干擾。例如，TTL門電路在導通狀態下從直流電源引出5mA左右的電流，截至狀態下則為lmA，在5ns的時間內其電流變化為4mA，如果在配電線上具有0.5μH的電感，當這個門電路改變狀態時，配電線上產生的噪聲電壓為： U=L x di/dt=0.5x 10-6 x 4x10-3 /5x10-9=0.4V 如果把這個數值乘上典型系統的大量門的數值，雖然這種門電路的供電電壓僅為5V，但所引起的干擾噪聲將是非常嚴重的。 在處理脈沖數字電路時，對脈沖中包含的頻譜應有一個粗略概念，如果脈沖上升時間t已知，可用近似公式求出其等效最高頻率： f[sub]max[/sub]=1/2πt 三、PLC系統中的抗干擾設計 （一）電源部分的抗干擾設計 電源變壓器是電源部分的主要元件，為了抑制電網中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器容量應比實際需要大1.2～1.5倍左右。在使用中應要求變壓器的屏蔽層良好接地，次級線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對于PLC的控制器電源，如果條件許可，還可在隔離變壓器前加入濾波器，此時變壓器的初級和次級連接線均要使用雙絞線，如圖1所示。這樣干擾信號經濾波隔離后可大大減弱，增強了系統的可靠性。 [align=center] 圖1 濾波器和隔離變壓器的連接[/align] PLC供電系統可采用如下方式，控制器和I/O系統分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當某一部分電源出了故障時，而不會影響其他部分，如輸入、輸出供電中斷時，控制器仍能繼續供電，提高了系統的可靠性，如圖2所示。對于供電質量缺乏保證時（非長時間停電），控制器可利用UPS不間斷電源供電，即將控制器前面的屏蔽變壓器改為UPS不間斷穩壓電源。對于一些重要的設備（醫療設備等），為了提高系統的可靠性，交流供電電路可采用雙路供電系統。 [align=center] 圖2 使用隔離變壓器的供電系統[/align] （二）輸入輸出信號的抗干擾設計 為了防止輸入、輸出信號受到干擾，應選用絕緣型I/O模塊。 1．輸入信號的抗干擾設計 輸入信號的輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來減小干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過控制器的接地來抑制。在輸入端有感性負載時，為了防止電路信號突變而產生感應電勢的影響，可采用硬件的可靠性容錯和容差設計技術，即在負載兩端并聯電容C和電阻R，對于直流輸入信號，可并接續流二極管D，具體電路如圖3所示。 [align=center] （a） 交流輸入信號的抗干擾 （b） 直流輸入信號的抗干擾 圖3 輸入信號抗干擾設計[/align] 對于圖3中CR的選擇應適當，一般負載容量在10VA以下時，應選C為0.1μF，R為120Ω，當負載容量在10VA以上時，應選C為0.47μF，R為47Ω。 2．輸出電路的抗干擾設計 對于PLC系統為開關量輸出，可有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式。具體選擇要根據負載要求來決定。若負載超過了PLC的輸出能力，應外接繼電器或接觸器，才可正常工作。 PLC輸出端子若接有感性負載，輸出信號由OFF變為ON或從ON變為OFF時都會有某些電量的突變而可能產生干擾。在設計時應采取相應的保護措施，以保護PLC的輸出觸點，如圖4所示。對于直流負載，通常是在線圈兩端并聯續流二極管D，二極管應盡可能靠近負載，二極管可為1A的管子。對于交流負載，應在線圈兩端并聯RC吸收電路，根據負載容量，電容可取0.1μF～0.47μF，電阻可取47Ω～120Ω，且RC盡可能靠近負載。 [align=center] 直流負載 交流負載 圖4 PLC輸出觸點的保護[/align] 對于大容量負載電路，由于繼電器或接觸器在通斷時會產生電弧干擾，因此須在主觸點兩端連接RC浪涌吸收器，如圖5（A）所示，若電動機或變壓器開關干擾時，可在線間采用RC浪涌吸收，如圖5（B）所示。 [align=center] 圖5 大容量負載抗干擾設計[/align] （三）外部配線的抗干擾設計 外部配線之間存在著互感和分布電容，進行信號傳送時會產生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側要懸空，而在控制器側要接地。具體電路設計如圖6所示。配線時在30米以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。30米～300米距離的配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300米以上長距離配線時，則可用中間繼電器轉換信號，或使用遠程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。 [align=center] 圖6 屏蔽電纜的處理方法[/align] （四） PLC裝置的接地設計 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地線與機器的接地端相聯，基本單元必須接地，如果選用擴展單元，其接地點與基本單元接地點接在一起。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應給PLC接以專用地線，接地線與動力設備（如電動機）的接地點應分開，若達不到此要求，則可與其他設備公共接地，嚴禁與其他設備串聯接地，具體設計如圖7所示。另外接地電阻要小于100ft，接地線要粗，接地面積要大于2平方毫米，而且接地點最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應避開強電回路，若無法避開時，應垂直相交，縮短平行走線的長度。 [align=center] （a） 最好 （b） 可以 （c） 不允許 圖7 PLC系統接地設計[/align] 四、結論 PLC控制系統的抗干擾設計是系統的一個重要組成部分，本文只從硬件部分加以討論。在軟件編程上也可以利用軟件的冗余設計技術設計一些程序，來屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作。在實際應用時可以同時利用硬件和軟件的抗干擾技術，讓PLC系統滿足要求，并能達到一個理想的工作狀態。