隨著工業(yè)設備自動化控制技術的發(fā)展，PLC可編實訓設備在工業(yè)設備控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的電磁兼容性直接影響到企業(yè)的生產安全和經(jīng)濟運行，尤其在工業(yè)設備比較密集、電磁環(huán)境比較惡劣的場合，其電磁兼容性顯得更加突出。
1 電磁干擾的主要來源
1.1來自PLC系統(tǒng)內部的干擾
電磁干擾主要由系統(tǒng)內部電子元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用，PCB線路、電子元器件的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它裝置、系統(tǒng)或本系統(tǒng)內其它子系統(tǒng)的正常工作。
1.2來自系統(tǒng)外部引線的干擾
1.2.1來自信號線引入的干擾
無論PLC是用于順序控制、過程控制、運動控制、信息控制，還是用于遠程控制，都必須由信號線把生產現(xiàn)場或控制室的開關量、模擬量等控制信息與PLC的I／O單元、功能單元（特殊單元）或通信接口相聯(lián)系。由于工業(yè)現(xiàn)場的電磁環(huán)境往往比較惡劣，因此與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，還會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這種情況容易被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這種情況往往非常嚴重。由信號線引入的干擾會引起I／O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將導致元器件損壞；對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間相互干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I／O模塊損壞現(xiàn)象時有發(fā)生，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
1.2.2來自電源的干擾
PLC系統(tǒng)的工作電源均由公用電力網(wǎng)（市電）提供。由于電力網(wǎng)的覆蓋范圍甚廣，網(wǎng)內連接著無數(shù)的電氣和電子設備，因此電力網(wǎng)必將受到所有空間電磁干擾而在電力線路上感應出干擾電量，尤其是電網(wǎng)內部的變化、開關操作浪涌、大功率電力設備的啟停、電力電子設備等非線性電力負荷產生的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)脈沖等，都通過輸電線路傳到PLC的電源電路，以至于影響到PLC的工作性能。
1.2.3接地不當引起的干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。
PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如信號電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端分別接地時，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層。當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。
此外，屏蔽層、接地線和大地可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產生的地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC正常工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。
1.3來自空間的輻射干擾
空間輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、變頻設備、高頻感應加熱或電火花加工等設備產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于上述電磁環(huán)境中，就會受到輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信網(wǎng)絡的輻射，由通信線路感應引入干擾。
2 抗干擾技術策略
2.1抗干擾設計方法
為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段就開始采取三方面的抑制措施：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(tǒng)的抗干擾能力。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設計生產出具有較強抗干擾能力的產品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具體情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。
2.1.1 PLC的選型要求
PLC機型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便及性能價格比最優(yōu)的機型�；陔姶偶嫒菪钥紤]，應選擇具有高抗干擾能力的產品，尤其是抵御外部干擾的能力，如采用浮地技術和隔離性能好的PLC系統(tǒng)。此外，應當掌握產品技術參數(shù)中的抗干擾指標，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作等。有可能的話，最好能夠考察所選產品在類似工作場所中的實際運行狀況。
2.1.2綜合抗干擾設計
綜合抗干擾設計主要考慮來自系統(tǒng)外部的抑制措施：對PLC系統(tǒng)及外部引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對于機外引線進行隔離、濾波處理，特別是外部引線與其它動力電纜應分層布置，以防通過外引線引入傳導性電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)；另外，還必須利用軟件手段，進一步提高PLC系統(tǒng)的安全可靠性。
2.2 工程實用的抗干擾措施
2.2.1電源要求
電力網(wǎng)的干擾竄入PLC控制系統(tǒng)主要是通過PLC系統(tǒng)的CPU電源、I／O電源等供電電源、傳感器及其供電電源、與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表裝置和供電電源等耦合進入的。當前的PLC系統(tǒng)供電電源的隔離性能相對較好，但外部的傳感器、變送器的供電電源以及與PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的各類儀表的供電電源的隔離能力較差。因此，包括PLC在內的所有相關裝置和儀表均應采用性能優(yōu)良的供電電源，以抑制由電網(wǎng)引入的干擾。
如果條件允許的話，盡可能采用在線式不間斷供電電源（UPS）對PLC系統(tǒng)及其相關裝置和儀表提供電能，這不僅能保證不中斷饋電，提高供電的安全可靠性和電能質量，而且UPS還具有較強的干擾隔離性能。
2.2.2電纜要求
PLC系統(tǒng)對于電纜的要求包含正確選擇電纜和正確敷設電纜兩個方面。PLC的信號電纜應選用屏蔽電纜，且不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，應杜絕用同一條電纜的不同導線同時傳送供電電源和控制信號等。在電纜的敷設方面應將信號電纜按傳輸信號的種類分層敷設。為減少電氣動力設備、高頻和中頻電氣設備、變頻裝置等電力電纜電磁輻射對PLC系統(tǒng)造成電磁干擾，嚴禁將電力電纜與信號電纜同槽敷設，也不得長距離靠近平行敷設。如果有條件的話，對于大功率設備、高中頻加熱裝置的電纜，最好選用銅帶 鎧裝屏蔽電力電纜，如交聯(lián)聚乙烯絕緣銅帶屏蔽鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜（YJV22型）等類型。
2.2.3信號濾波措施
利用電容器濾除電路上的高頻騷擾和對電源解耦是相當有效的方法，因此信號接入PLC前，在信號線與地之間并接一只電容器，能減少共模干擾。電容器可選用高頻瓷片型（CC）、聚苯乙烯（CB）、滌綸（CL），其容量視具體情況而定，一般在數(shù)千微微法至數(shù)萬微微法之間。此外，在PLC輸入端口信號兩極之間加裝濾波器可有效減少差模干擾。
2.2.4軟件抗干擾措施
由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業(yè)生產環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能完全切斷干擾進入控制系統(tǒng)，因此可以將軟件與硬件措施相結合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
在PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，應在軟件方面進行抗干擾處理，以提高系統(tǒng)的可靠性。為了提高輸入信號的信噪比，可采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅隨機干擾的系統(tǒng)，可采用程序限幅法；對于在一定范圍內頻繁波動的流量、壓力、液面、位移等現(xiàn)場工況參數(shù)，可采用平均算書法；對于緩慢變化信號（如溫度參數(shù)），可連續(xù)三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號；對于積分器
A／D轉換，采樣時間應取工頻周期的整倍數(shù)。
在工作現(xiàn)場振動較大的情況下，行程開關或按鈕開關常會因抖動而發(fā)出錯誤信號。針對抖動時間短暫的特點，可用PLC內部計時器經(jīng)過一定時間的延遲，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。
PLC內部具有豐富的軟器件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用“看門狗”方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作“看門狗”用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。定時器的設定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動“看門狗”定時器。若運動部件在規(guī)定時間內達到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或停止工作信號。
軟件抗干擾措施還有定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件保護等。
2.2.5接地措施
完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)有效抑制電磁干擾的重要措施，是保證其安全可靠運行的重要條件。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，因此PLC控制系統(tǒng)宜采用單點接地系統(tǒng)。集中布置的PLC適于并聯(lián)一點接地，即將若干個PLC裝置的參考地通過導線連接到同一點后統(tǒng)一接地。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給PLC裝置接專用地線，并且接地點（包括接地極）應與其它設備分開。如果條件所限達不到這種要求，也可采用共用接地方式，即將PLC裝置與其它動力設備分別通過各自的接地線共同連接到共用的接地極上。絕對禁止PLC系統(tǒng)與其它電氣設備聯(lián)合采用串聯(lián)接地方式，即PLC和其它電氣設備分別通過各自的接地線匯接在一起或PLC的接地線連接至其它電氣設備的接地端子后，再通過公用的接地線最終接到接地極上，因為如此接地必然導致PLC和其它電氣設備之間產生電位差而引入干擾。
工程實踐中，PLC系統(tǒng)的接地線宜采用銅導線，其截面不宜小于4mm2，連同接地體在內的接地電阻一般情況下不應大于10Ω。接地極最好埋設在距建筑物和防雷接地體10～15m處，接地體的裝設可參照電氣工程接地體的制作與施工方法。
PLC控制系統(tǒng)的電磁兼容性是一個相當復雜的問題，PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關。因此在進行抑制干擾設計中應綜合考慮各個方面的因素，合理有效地實現(xiàn)電磁兼容。對于某些電磁環(huán)境復雜的工作場所，還需要具體問題具體分析，不能生搬硬套某些技術方案，要有針對性地采取切實可行的措施，方能使PLC系統(tǒng)可靠而穩(wěn)定地工作，保證被控設備或系統(tǒng)安全高效運行。
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