控制系統PLC的可靠性設計

(a) plc控制系統單獨接地。

(b) plc系統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的共模干擾。

(c) plc系統的接地電阻應小于100ω，接地線至少用20mm2的專用接地線，以防止感應電的產生。

(d)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。

(2) 電源線、i/o線與動力線

動力電纜為高壓大電流線路，plc系統的配線靠近時會產生干擾，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

(1) 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續流二極管。對于交流電路，應在它們兩端并聯阻容吸收電路。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生很高的感應電勢或浪涌電流對plc輸入、輸出端點及內部電源的沖擊，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繼電器ac-ssr。

(2) 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)或并接續流二級管(直流負載)，以吸收感性負載產生的浪涌電壓。

(5) 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限流電阻。

4.4 電磁干擾的抑制

根據干擾模式的不同，plc控制系統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，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些plc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控制系統在工業環境中免受或減少內外上述電磁干擾，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;提高裝置和系統的抗干擾能力。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來實現。

4.5 安裝中的抗干擾措施

plc控制系統所處的環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、隔離穩壓器應設在plc柜電源進線口處，不讓干擾進入柜內，或盡量縮短進線距離。

(2) 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生電弧的觸點。

(4)整臺plc機要遠離發熱的電氣設備或其它熱源，并置放在通風良好的位置上。

(5) plc程控器的外部要有可靠的防水系統以防止雨水進入，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，則不可避免產生抖動;輸入信號是繼電器觸點，有時會產生瞬間跳動，將會引起系統誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動，定時時間根據觸點抖動情況和系統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合(或斷開后)才執行。

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

(1)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定而引起的失真進行濾波。設計時根據經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據存儲器的一個區域(20個單元左右)作為循環隊列，每次數據采集時先去掉隊首的一個數據，再把新數據放入隊尾，然后求平均值。

(4)去極值平均濾波是連續采樣n次，求數據的累加和，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)個數據的平均值作為有效的采樣值。

(5)算術平均值濾波是求連續輸入的n個采樣數據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。