plc控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產和經濟運行，plc系統的抗干擾能力是整個系統可靠運行的關鍵。因此，分析研究plc應用中的可靠性和抗干擾技術是十分必要的。

1、引言

可編程序控制器（plc）作為新一代的工業控制器，因其具有通用性好，實用性強，硬件配套齊全，編程方法簡單易學等優點而廣泛應用于電力、機械、紡織、電子、交通運輸、石油化工等行業的自動化控制系統中。可編程控制器是專門為工業控制設計的，在設計和制造過程中廠家采取了多層次抗干擾措施，使系統能在惡劣的工業環境下與強電設備一起工作。運行的穩定性和可靠性很高，plc整機平均無故障工作時間高達幾萬小時。隨著計算技術的發展，plc的功能也越來越強，使用越來越方便。但是，整機的可靠性高只是保證系統可靠工作的前提，還必須在設計和安裝plc系統過程中采取相應的措施，才能保證系統可靠工作。如果plc的工作環境過于惡劣，如溫度過高、濕度過大、振動和沖擊過強，以及電磁干擾嚴重或安裝使用不當等，都會直接影響plc的正常、安全、可靠的運行，

加上外圍電路的抗干擾措施不力，而使整個控制系統的可靠性大大降低，甚至出現故障。因此，在系統設計時應予以充分的考慮，在硬件上進行適當配置并輔以相應的軟件，以實現系統故障的防范。plc控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產和經濟運行，plc系統的抗干擾能力是整個系統可靠運行的關鍵。因此，分析研究plc應用中的可靠性和抗干擾技術是十分必要的。要提高plc控制系統的可靠性，一是在硬件上采取措施;二是在軟件上設計相應的保護程序;因此，plc控制系統的抗干擾非常重要。本文將主要探討plc控制系統中常見的干擾源及其防范措施。

2、干擾源

plc系統的干擾源根據其來源分為內部干擾源和外部干擾源。內部干擾源主要包括：由于元器件布局不合理造成內部信號相互串擾;線路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩;數字地、模擬地和系統地處理不當。外部干擾源包括供電電源電壓波動和高次諧波的干擾;開關通斷形成的高、低頻干擾;動力強電信號在系統中產生感應電勢引起的干擾;其它設備通過電容耦合串入控制系統而引起的干擾等。按鈕、繼電器等工作時觸點間產生的電弧，雷擊和靜電產生的火花放電，接觸器線圈、斷電器線圈、電磁鐵線圈等感應負載斷開時產生的浪涌電壓，外界的高頻加熱器、高頻淬火設備、雜亂的無線電波信號、電源電壓的波動等等，以上這些都是能夠使plc出現誤動作的典型干擾源，以下簡單介紹一下共模干擾和常模干擾。

（1） 共模干擾

電源線、輸入/輸出信號線與接地線之間所產生的電位差會對plc內部回路與各線路的外部信號之間的寄生電容進行放電，引起plc內部回路電壓劇烈波動，這種干擾稱為共模干擾。各導線上感應電弧、高電位的感應電壓、電波和靜電等均為共模干擾源。寄生電容的容量越小，plc內部回路電壓波動也越小。

（2） 常模干擾

連接在線路上的感性負載或感性電器設備產生的反電勢稱之為常模干擾，它主要存在于電源線和輸入、輸出線上，也叫線間干擾。

3、干擾途徑

plc控制系統受到干擾的主要途徑是電源線、輸入、輸出線和空中等部位。電源被干擾后，plc控制系統的供電質量變差，引起plc控制失靈。輸入、輸出線被干擾后，出現輸入、輸出控制紊亂。空中干擾主要以電磁感應、靜電感應形式使plc的cpu出現誤操作。

4、硬件抗干擾措施

4.1 電源干擾的抑制

plc系統電源必須要與整個供電系統的動力電源分開，一般在進入plc系統之間加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級側至plc系統間必須采用不小于2mm2的雙絞線。屏蔽體一般位于一、二次側兩線圈之間并與大地連接，這樣就可消除線圈間的直接耦合。另外，電源諧波比較嚴重時，可在隔離穩壓器前面加濾波器來消除電源的大部分諧波。必要時可在供電的電源線路上接入低通濾波器，以便濾去高頻干擾信號。濾波器應放在隔離變壓器之前，即先濾波后隔離。分離供電系統，將控制器、i/o通道和其它設備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來，也有助于抗電網干擾。

4.2 線間干擾的抑制

plc控制系統線路中有電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，布線不恰當則會造成電磁感應和靜電感應等干擾，因此必須按照特定要求布線，如盡可能的等間距，以及避免線路繞圈等。

（1） 接地線

為了安全和抑制干擾，系統一般要正確接地。系統接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對plc控制系統而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1mhz，所以plc控制系統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的plc系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于20mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2ω，接地極最好埋在距建筑物10～15m遠處，而且plc系統接地點必須與強電設備接地點相距10m以上。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地;不接地時，應在plc側接地;信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地;多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。plc電源線、i/o電源線、輸入、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，而且后者應采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數字傳輸線也要采用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。plc系統最好單獨接地，也可以與其他設備公共接地，但嚴禁與其他設備串聯接地。連接接地線時，應注意以下幾點：

（a） plc控制系統單獨接地。

（b） plc系統接地端子是抗干擾的中性端子，應與接地端子連接，其正確接地可以有效消除電源系統的共模干擾。

（c） plc系統的接地電阻應小于100ω，接地線至少用20mm2的專用接地線，以防止感應電的產生。

（d）輸入輸出信號電纜的屏蔽線應與接地端子端連接，且接地良好。

（2） 電源線、i/o線與動力線

動力電纜為高壓大電流線路，plc系統的配線靠近時會產生干擾，因此布線時要將plc的輸入輸出線與其它控制線分開，不要共用一條電纜。外部布線時應將控制電纜、動力電纜、輸入輸出線分開且單獨布線，它們之間一般應保持30cm以上一定的間距。當實際情況只能允許在同一線槽布線時，應用金屬板把控制電纜、動力電纜、輸入輸出線間隔開來并屏蔽，金屬板還必須接地。隔離變壓器二次側的電源線要采用2mm2以上的銅芯聚氯乙烯絕緣雙絞軟線。經過這樣處理的電源線、輸入、輸出線與動力線就可以減少外界磁場及它們之間的干擾。

4.3 外圍設備干擾的抑制

（1） plc輸入與輸出端子的保護

當輸入信號源為感性元件，輸出驅動的負載為感性元件時，對于直流電路應在它們兩端并聯續流二極管。對于交流電路，應在它們兩端并聯阻容吸收電路。采取以上措施是為了防止在電感性輸入或輸出電路斷開時產生很高的感應電勢或浪涌電流對plc輸入、輸出端點及內部電源的沖擊，當plc的驅動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，應在plc輸出端與驅動元件之間增加光電隔離的過零型固態繼電器ac-ssr。

（2） 輸入與輸出信號的防錯

當輸入信號源為晶體管，或是光電開關輸出類型時，當輸出元件為雙向晶閘管，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，使輸入電路和外部負載電路不能關斷，導致輸入與輸出信號的錯誤，為此應在這類輸入、輸出端并聯旁路電阻，以減小plc輸入電流和外部負載上的電流。

（3） 漏電流

當采用接近開關、光電開關等dc兩線式傳感器輸入信號時，若漏電流較大時，應考慮由此而產生的誤動作，使plc輸入信號不能關斷。一般在plc 輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控硅為輸出時，為避免漏電流等原因引起輸出的元件關斷不了，也可以在輸出端并聯一旁路電阻。

（4） 浪涌電壓

在控制器觸點（開關量）輸出的場合，不管控制器本身有無抗干擾措施，都應采用rc吸收（交流負載）或并接續流二級管（直流負載），以吸收感性負載產生的浪涌電壓。

（5） 沖擊電流

用晶體管或雙向可控硅輸出模塊驅動白熾燈之類的有較大電源負載時，為保護輸出模塊，應在plc輸出端并接旁路電阻或與負載串聯限流電阻。

4.4 電磁干擾的抑制

根據干擾模式的不同，plc控制系統的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾，共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達 130v以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些plc系統i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換成共模干擾所形成的電壓，這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。為了保證plc控制系統在工業環境中免受或減少內外上述電磁干擾，必須采取3個方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統的抗干擾能力。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來實現。

4.5 安裝中的抗干擾措施

plc控制系統所處的環境對其自身抗干擾也有一定的關系，因此在安裝時應注意以下幾個方面。

（1）濾波器、隔離穩壓器應設在plc柜電源進線口處，不讓干擾進入柜內，或盡量縮短進線距離。

（2） plc控制柜應盡可能遠離高壓柜、大動力設備、高頻設備。

（3） plc控制柜要遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產生電弧的觸點。

（4）整臺plc機要遠離發熱的電氣設備或其它熱源，并置放在通風良好的位置上。

（5） plc程控器的外部要有可靠的防水系統以防止雨水進入，造成機器損壞。

5 、軟件抗干擾措施

控制器的外部開關量和模擬量輸入信號，由于噪聲、干擾、開關的誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會形成輸入信號的錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故。當按鈕、開關作為輸入信號時，則不可避免產生抖動;輸入信號是繼電器觸點，有時會產生瞬間跳動，將會引起系統誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動，定時時間根據觸點抖動情況和系統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合（或斷開后）才執行。

對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數據的可靠性。連續采樣多次，采樣間隔根據a/d轉換時間和該信號的變化頻率而定。采樣數據先后存放在不同的數據寄存器中，經比較后取中間值或平均值作為當前輸入值。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術平均值濾波、去極值平均濾波等。

（1）程序判斷濾波適用于對采樣信號因受到隨機干擾或傳感器不穩定而引起的失真進行濾波。設計時根據經驗確定兩次采樣允許的最大偏差，若先后兩次采樣的信號差值大于偏差，表明輸入是干擾信號，應去掉，用上次采樣值作為本次采樣值。若差值不大于偏差，則本次采樣值有效。

（2）中值濾波是連續輸入3個采樣信號，從中選擇一個中間值作為有效采樣信號。

（3）滑動平均值濾波是將數據存儲器的一個區域（20個單元左右）作為循環隊列，每次數據采集時先去掉隊首的一個數據，再把新數據放入隊尾，然后求平均值。

（4）去極值平均濾波是連續采樣n次，求數據的累加和，同時找出其中的最大值和最小值，從累加和中減去最大值和最小值，再求（n-2）個數據的平均值作為有效的采樣值。

（5）算術平均值濾波是求連續輸入的n個采樣數據的算術平均值作為有效的信號。它不能消除明顯的脈沖干擾，只是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。

（6）防脈沖干擾平均值濾波是連續進行4次采樣，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的兩個數據的平均值。它實際上是去極值平均濾波的特例。

在設計中還可以用線性插值法、二次拋物線插值法或分段曲線擬合等方法對數據進行非線性補償，提高數據的線性度。也可采用零位補償或自動零跟蹤補償等方法來處理零漂，修正誤差，提高采樣數據的精度。

另外還可進行信號相容性檢查。包括開關信號之間的狀態是否矛盾，模擬信號值的變化范圍是否正常，開關量信號與模擬量信號之間是否一致，以及各信號的時序關系是否正確。

6 、結束語

plc控制系統的可靠性設計在系統設計中占有重要地位，在實際設計中只有根據應用系統的具體特點和應用環境的具體條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設計技術和抗干擾方法，全面、合理地考慮系統的軟件和硬件設計，從總體上提高系統的抗干擾能力和可靠性。

plc控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，本文僅對常用的硬件和軟件抗干擾措施進行了探討。在實際開發過程中，應充分考慮到對plc的各種不利因素，在硬件、軟件的設計和安裝中采取適當的保護措施，就完全可以使控制系統安全、可靠地運行。

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