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【摘要】
可编程控制器（简称PLC）广泛应用于社会生产各个领域，尽管PLC在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰和精选元件措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高，但是，由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，因此保证其工作的可靠性就显得尤为重要。本文通过对PLC控制系统在工业控制中存在的干扰因素的分析，提出了采用电源滤波器、合理接地、外部隔离等电路设计方法以及软件抗干扰等措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。
【关键词】PLC 控制系统 抗干扰
引言：可编程序控制器（简称PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。在冶金、交通、化工、电力等领域获得了广泛的应用，被称为现代工业技术的三大支柱之一。
自动化系统中所使用的PLC，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰和精选元件措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展，PLC的功能越来越强，在工业控制系统中使用日益广泛。但是，由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，因此保证其工作的可靠性就显得尤为重要。要提高PLC控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。
1.PLC所受干扰的分类
PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。
2.电源干扰及抑制电源干扰一般采取的措施
电源的干扰主要来自两个方面： 一是通过 PLC 系统的供电电源直接串入 ， 如 CPU 电源、 I/ O 模块电源等 ； 二是通过变送器供电电源和与 PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。
抑制电源干扰一般可采取如下措施：
2.1 采用隔离电源。在 PLC 电源输入端使用隔离变压器， 其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线 ，能有效减少电源线间干扰。
2.2 使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源， 有些还兼有尖峰电压吸收功能。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。
2.3 采用分离供电方式。将 PLC、I/O设备及其他装置分别由各自的具有隔离功能的变压器供电，并与主回路电源分开。
3.良好的接地是 PLC 系统抗干扰的有效手段之一
3.1 “ 一点接地 ” 可以有效地避开环路电流的干扰 ；
3.2 并联接地可有效地克服公共地线阻抗的耦合干扰 ，并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关 ，互相之间不会造成耦合干扰；
3.3 正确处理不同信号的接地。当 PLC、 DCS、仪表等设备需要建立统一的基准电位时， 应进行信号回路接地 ； 当PLC、DCS等控制系统与模拟仪表联用时，应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。如果系统直流地悬浮运行，那么它的模拟地、数字地仍然要用低阻抗导线短接，不接大地，用户最简单的应用就是浮地运行。
4.信号线引入的抗干扰措施
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种隔离器，就可有效解决干扰问题。
5.PLC系统的软件抗干扰措施
硬件抗干扰措施很难将各种干扰完全拒之门外 ， 这时 ，可以采用软件与硬件相结合的抗干扰措施来提高系统的抗干扰能力 。
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n=12，压力n=4最合适。
5.1 故障诊断：系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理；
5.2 信号保护和恢复：当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作；
5.3 设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警；
5.4 加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序；
5.5 对程序及动态数据进行电池后备：当停电时利用后备电池供电，保持有关信息和状态数据不丢失。
6.强烈干扰环境下的隔离措施
在某些工作现场，空间中极强的电磁场和大电流、高电压的通断都会对PLC控制系统产生强烈的干扰. 这些干扰在PLC输入线上产生的感应电压和电流足以使PLC输入端隔离用的光电耦合器中的发光二极管发光，造成光电耦合的隔离作用失效， 使PLC产生误动作. 针对这种情况，对于用长线引入PLC的开关量信号，可采用小型中间继电器来隔离. 因为光电耦合器中发光二极管的最小工作电流仅几毫安，而小型中间继电器的线圈吸合电流为数十毫安，强电干扰信号通过电磁感应产生的能量不可能使隔离用的继电器吸合. 同时中间继电器具有多对触点，可以用来分别为PLC、上位计算机、指示灯提供输入信号。为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC的外部信号、PLC与上位计算机及其它智能设备之间的串行通信信息还可以使用光纤进行传输和隔离。
7.结语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。在不久的将来，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献
[1] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2001，12.
[2] 于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3] 刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：航空航天大学出版社，2004.
[4] 陈在平， 赵相宾. 可编程序控制器技术与应用系统设计[M ]. 北京 ： 机械工业出版社， 2005-01。
[5] 闫虎民， 张永飞. PLC 控制系统中模拟量采样的数字滤波算法研究[J]. 机电产品开发与创新， 2007 ， 20（4 ）.
可编程控制器（简称PLC）广泛应用于社会生产各个领域，尽管PLC在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰和精选元件措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高，但是，由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，因此保证其工作的可靠性就显得尤为重要。本文通过对PLC控制系统在工业控制中存在的干扰因素的分析，提出了采用电源滤波器、合理接地、外部隔离等电路设计方法以及软件抗干扰等措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。
【关键词】PLC 控制系统 抗干扰
引言：可编程序控制器（简称PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。在冶金、交通、化工、电力等领域获得了广泛的应用，被称为现代工业技术的三大支柱之一。
自动化系统中所使用的PLC，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰和精选元件措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展，PLC的功能越来越强，在工业控制系统中使用日益广泛。但是，由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作，因此保证其工作的可靠性就显得尤为重要。要提高PLC控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。
1.PLC所受干扰的分类
PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。
2.电源干扰及抑制电源干扰一般采取的措施
电源的干扰主要来自两个方面： 一是通过 PLC 系统的供电电源直接串入 ， 如 CPU 电源、 I/ O 模块电源等 ； 二是通过变送器供电电源和与 PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。
抑制电源干扰一般可采取如下措施：
2.1 采用隔离电源。在 PLC 电源输入端使用隔离变压器， 其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线 ，能有效减少电源线间干扰。
2.2 使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源， 有些还兼有尖峰电压吸收功能。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。
2.3 采用分离供电方式。将 PLC、I/O设备及其他装置分别由各自的具有隔离功能的变压器供电，并与主回路电源分开。
3.良好的接地是 PLC 系统抗干扰的有效手段之一
3.1 “ 一点接地 ” 可以有效地避开环路电流的干扰 ；
3.2 并联接地可有效地克服公共地线阻抗的耦合干扰 ，并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关 ，互相之间不会造成耦合干扰；
3.3 正确处理不同信号的接地。当 PLC、 DCS、仪表等设备需要建立统一的基准电位时， 应进行信号回路接地 ； 当PLC、DCS等控制系统与模拟仪表联用时，应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。如果系统直流地悬浮运行，那么它的模拟地、数字地仍然要用低阻抗导线短接，不接大地，用户最简单的应用就是浮地运行。
4.信号线引入的抗干扰措施
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种隔离器，就可有效解决干扰问题。
5.PLC系统的软件抗干扰措施
硬件抗干扰措施很难将各种干扰完全拒之门外 ， 这时 ，可以采用软件与硬件相结合的抗干扰措施来提高系统的抗干扰能力 。
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n=12，压力n=4最合适。
5.1 故障诊断：系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理；
5.2 信号保护和恢复：当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作；
5.3 设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警；
5.4 加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序；
5.5 对程序及动态数据进行电池后备：当停电时利用后备电池供电，保持有关信息和状态数据不丢失。
6.强烈干扰环境下的隔离措施
在某些工作现场，空间中极强的电磁场和大电流、高电压的通断都会对PLC控制系统产生强烈的干扰. 这些干扰在PLC输入线上产生的感应电压和电流足以使PLC输入端隔离用的光电耦合器中的发光二极管发光，造成光电耦合的隔离作用失效， 使PLC产生误动作. 针对这种情况，对于用长线引入PLC的开关量信号，可采用小型中间继电器来隔离. 因为光电耦合器中发光二极管的最小工作电流仅几毫安，而小型中间继电器的线圈吸合电流为数十毫安，强电干扰信号通过电磁感应产生的能量不可能使隔离用的继电器吸合. 同时中间继电器具有多对触点，可以用来分别为PLC、上位计算机、指示灯提供输入信号。为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC的外部信号、PLC与上位计算机及其它智能设备之间的串行通信信息还可以使用光纤进行传输和隔离。
7.结语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。在不久的将来，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献
[1] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2001，12.
[2] 于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3] 刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：航空航天大学出版社，2004.
[4] 陈在平， 赵相宾. 可编程序控制器技术与应用系统设计[M ]. 北京 ： 机械工业出版社， 2005-01。
[5] 闫虎民， 张永飞. PLC 控制系统中模拟量采样的数字滤波算法研究[J]. 机电产品开发与创新， 2007 ， 20（4 ）.