4　硬件抗干擾措施

　　4.1 電源干擾的抑制

　　plc系統(tǒng)電源必須要與整個供電系統(tǒng)的動力電源分開，一般在進入plc系統(tǒng)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(tǒng)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(wěn)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(tǒng)，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(wǎng)干擾。

　　4.2 線間干擾的抑制

　　plc控制系統(tǒng)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。

　?。?） 接地線

　　為了安全和抑制干擾，系統(tǒng)一般要正確接地。系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的plc系統(tǒng)適于并聯(lián)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(lián)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(tǒng)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(jīng)絕緣處理。選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c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(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。plc系統(tǒng)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(lián)接地。連接接地線時，應注意以下幾點：

　?。╝） plc控制系統(tǒng)單獨接地。

　?。╞） plc系統(tǒng)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(tǒng)的共模干擾。

　?。╟） plc系統(tǒng)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(chǎn)生。

　?。╠） 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。

　?。?） 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(tǒng)的配線靠近時會產(chǎn)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(jīng)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

　?。?） 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(lián)續(xù)流二極管。對于交流電路，應在它們兩端并聯(lián)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(chǎn)生很高的感應電勢或浪涌電流對plc輸入、輸出端點及內(nèi)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(tài)繼電器ac-ssr。

　?。?） 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(lián)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(chǎn)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(lián)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(xù)流二級管（直流負載），以吸收感性負載產(chǎn)生的浪涌電壓。

　?。?） 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(lián)限流電阻。

    　4.4 電磁干擾的抑制

　　根據(jù)干擾模式的不同，plc控制系統(tǒng)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(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（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(tǒng)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(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中免受或減少內(nèi)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(tǒng)的抗干擾能力。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來實現(xiàn)。

　　4.5 安裝中的抗干擾措施

　　plc控制系統(tǒng)所處的環(huán)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(wěn)壓器應設在plc柜電源進線口處，不讓干擾進入柜內(nèi)，或盡量縮短進線距離。

　?。?） 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(chǎn)生電弧的觸點。

　?。?） 整臺plc機要遠離發(fā)熱的電氣設備或其它熱源，并置放在通風良好的位置上。#p#分頁標題#e#

　?。?） plc程控器的外部要有可靠的防水系統(tǒng)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(chǎn)生抖動;輸入信號是繼電器觸點，有時會產(chǎn)生瞬間跳動，將會引起系統(tǒng)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(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合（或斷開后）才執(zhí)行。

　　對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數(shù)據(jù)的可靠性。連續(xù)采樣多次，采樣間隔根據(jù)ａ/ｄ轉換時間和該信號的變化頻率而定。采樣數(shù)據(jù)先后存放在不同的數(shù)據(jù)寄存器中，經(jīng)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。

　?。?）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(wěn)定而引起的失真進行濾波。設計時根據(jù)經(jīng)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(xù)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(shù)據(jù)存儲器的一個區(qū)域（20個單元左右）作為循環(huán)隊列，每次數(shù)據(jù)采集時先去掉隊首的一個數(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)放入隊尾，然后求平均值。

　?。?）去極值平均濾波是連續(xù)采樣n次，求數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的平均值作為有效的采樣值。

　?。?）算術平均值濾波是求連續(xù)輸入的n個采樣數(shù)據(jù)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。

　?。?）防脈沖干擾平均值濾波是連續(xù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行非線性補償，提高數(shù)據(jù)的線性度。也可采用零位補償或自動零跟蹤補償?shù)确椒▉硖幚砹闫拚`差，提高采樣數(shù)據(jù)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(tài)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(tǒng)的可靠性設計在系統(tǒng)設計中占有重要地位，在實際設計中只有根據(jù)應用系統(tǒng)的具體特點和應用環(huán)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(tǒng)的軟件和硬件設計，從總體上提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

　　plc控制系統(tǒng)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(fā)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?shù)谋Ｗo措施，就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。