PLC控制系統的電磁干擾來源和抗干擾設計

隨著工業設備自動化控制技術的發展，可編程控制器(PLC)在工業設備控制中的應用越來越廣泛。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，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。本文詳細介紹了影響PLC運行的干擾類型及來源，并提出抗干擾設計的實施策略。

自動化系統所使用的各種類型PLC中，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力，另一方面要求應用部門在工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。

1. 電磁干擾類型及其影響

影響PLC控制系統的干擾源與一般影響工業控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是干擾源。

干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲干擾模式和噪聲波形性質來劃分。按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，可分為持續噪聲、偶發噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。

共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。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，影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些系統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共模干擾所形成的，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

2. 電磁干擾的主要來源

2.1 來自空間的輻射干擾

空間輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統置于其射頻場內，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通信網絡的輻射，由通信線路感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護

2.2 來自系統外引線的干擾

主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較為嚴重，主要有下面三類：

第一類是來自電源的干擾。實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC電源問題才得到解決。