隨著工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，PLC可編實(shí)訓(xùn)設(shè)備在工業(yè)設(shè)備控制中的應(yīng)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(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，尤其在工業(yè)設(shè)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(nèi)部的干擾
電磁干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部電子元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)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(nèi)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P(yáng)LC是用于順序控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、信息控制，還是用于遠(yuǎn)程控制，都必須由信號線把生產(chǎn)現(xiàn)場或控制室的開關(guān)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(huì)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(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這種情況往往非常嚴(yán)重。由信號線引入的干擾會(huì)引起I／O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致元器件損壞；對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)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(dòng)和死機(jī)。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(shí)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(nèi)連接著無數(shù)的電氣和電子設(shè)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(yīng)出干擾電量，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開關(guān)操作浪涌、大功率電力設(shè)備的啟停、電力電子設(shè)備等非線性電力負(fù)荷產(chǎn)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(dāng)引起的干擾
接地是提高電子設(shè)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(shè)備向外發(fā)出干擾；錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)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(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)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(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端分別接地時(shí)，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層。當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。
此外，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)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(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)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(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)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(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、變頻設(shè)備、高頻感應(yīng)加熱或電火花加工等設(shè)備產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于上述電磁環(huán)境中，就會(huì)受到輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路感應(yīng)引入干擾。
2 抗干擾技術(shù)策略
2.1抗干擾設(shè)計(jì)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(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮，并結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。
2.1.1 PLC的選型要求
PLC機(jī)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(hù)使用最方便及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。基于電磁兼容性考慮，應(yīng)選擇具有高抗干擾能力的產(chǎn)品，尤其是抵御外部干擾的能力，如采用浮地技術(shù)和隔離性能好的PLC系統(tǒng)。此外，應(yīng)當(dāng)掌握產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中的抗干擾指標(biāo)，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場強(qiáng)度和多高頻率的磁場強(qiáng)度環(huán)境中工作等。有可能的話，最好能夠考察所選產(chǎn)品在類似工作場所中的實(shí)際運(yùn)行狀況。
2.1.2綜合抗干擾設(shè)計(jì)
綜合抗干擾設(shè)計(jì)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(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對于機(jī)外引線進(jìn)行隔離、濾波處理，特別是外部引線與其它動(dòng)力電纜應(yīng)分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)性電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)；另外，還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高PLC系統(tǒng)的安全可靠性。
2.2 工程實(shí)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(jìn)入的。當(dāng)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(nèi)的所有相關(guān)裝置和儀表均應(yīng)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(guān)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(zhì)量，而且UPS還具有較強(qiáng)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(shè)電纜兩個(gè)方面。PLC的信號電纜應(yīng)選用屏蔽電纜，且不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，應(yīng)杜絕用同一條電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送供電電源和控制信號等。在電纜的敷設(shè)方面應(yīng)將信號電纜按傳輸信號的種類分層敷設(shè)。為減少電氣動(dòng)力設(shè)備、高頻和中頻電氣設(shè)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(yán)禁將電力電纜與信號電纜同槽敷設(shè)，也不得長距離靠近平行敷設(shè)。如果有條件的話，對于大功率設(shè)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(hù)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(dāng)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(jī)性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能完全切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，因此可以將軟件與硬件措施相結(jié)合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí)，應(yīng)在軟件方面進(jìn)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(shí)性。對于有大幅隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，可采用程序限幅法；對于在一定范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)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(zhuǎn)換，采樣時(shí)間應(yīng)取工頻周期的整倍數(shù)。
在工作現(xiàn)場振動(dòng)較大的情況下，行程開關(guān)或按鈕開關(guān)常會(huì)因抖動(dòng)而發(fā)出錯(cuò)誤信號。針對抖動(dòng)時(shí)間短暫的特點(diǎn)，可用PLC內(nèi)部計(jì)時(shí)器經(jīng)過一定時(shí)間的延遲，得到消除抖動(dòng)后的可靠有效信號，從而達(dá)到抗干擾的目的。
PLC內(nèi)部具有豐富的軟器件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設(shè)計(jì)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(dòng)作。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，可以利用“看門狗”方法實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，編程時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器作“看門狗”用，對運(yùn)動(dòng)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。定時(shí)器的設(shè)定值，為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí)間。在發(fā)出該部件的動(dòng)作指令時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)“看門狗”定時(shí)器。若運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定位置，發(fā)出一個(gè)動(dòng)作完成信號，使定時(shí)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(bào)警或停止工作信號。
軟件抗干擾措施還有定時(shí)校正參考點(diǎn)電位，并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，可防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件保護(hù)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(yùn)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(diǎn)接地系統(tǒng)。集中布置的PLC適于并聯(lián)一點(diǎn)接地，即將若干個(gè)PLC裝置的參考地通過導(dǎo)線連接到同一點(diǎn)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(yīng)給PLC裝置接專用地線，并且接地點(diǎn)（包括接地極）應(yīng)與其它設(shè)備分開。如果條件所限達(dá)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(dòng)力設(shè)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(shè)備聯(lián)合采用串聯(lián)接地方式，即PLC和其它電氣設(shè)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(shè)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?yàn)槿绱私拥乇厝粚?dǎo)致PLC和其它電氣設(shè)備之間產(chǎn)生電位差而引入干擾。
工程實(shí)踐中，PLC系統(tǒng)的接地線宜采用銅導(dǎo)線，其截面不宜小于4mm2，連同接地體在內(nèi)的接地電阻一般情況下不應(yīng)大于10Ω。接地極最好埋設(shè)在距建筑物和防雷接地體10～15m處，接地體的裝設(shè)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(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關(guān)。因此在進(jìn)行抑制干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各個(gè)方面的因素，合理有效地實(shí)現(xiàn)電磁兼容。對于某些電磁環(huán)境復(fù)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(shù)方案，要有針對性地采取切實(shí)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(shè)備或系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。
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