4　硬件抗幹擾措施

　　4.1 電源幹擾的抑製

　　plc係統電源必須要與(yu) 整個(ge) 供電係統的動力電源分開，一般在進入plc係統之間加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級側(ce) 至plc係統間必須采用不小於(yu) 2mm2的雙絞線。屏蔽體(ti) 一般位於(yu) 一、二次側(ce) 兩(liang) 線圈之間並與(yu) 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(yan) 重時，可在隔離穩壓器前麵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，以便濾去高頻幹擾信號。濾波器應放在隔離變壓器之前，即先濾波後隔離。分離供電係統，將控製器、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，也有助於(yu) 抗電網幹擾。

　　4.2 線間幹擾的抑製

　　plc控製係統線路中有電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，布線不恰當則會(hui) 造成電磁感應和靜電感應等幹擾，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。

　　（1） 接地線

　　為(wei) 了安全和抑製幹擾，係統一般要正確接地。係統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控製係統而言，它屬高速低電平控製裝置，應采用直接接地方式。由於(yu) 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於(yu) 1mhz，所以plc控製係統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的plc係統適於(yu) 並聯一點接地方式，各裝置的櫃體(ti) 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，應采用串聯一點接地方式。用一根大截麵銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的櫃體(ti) 中心接地點，然後將接地母線直接連接接地極。接地線采用截麵大於(yu) 20mm2的銅導線，總母線使用截麵大於(yu) 60mm2的銅排。接地極的接地電阻小於(yu) 2ω，接地極最好埋在距建築物10～15m遠處，而且plc係統接地點必須與(yu) 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(ce) 接地;不接地時，應在plc側(ce) 接地;信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接並進行絕緣處理，一定要避免多點接地;多個(ge) 測點信號的屏蔽雙絞線與(yu) 多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，並經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。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(guan) 量信號線與(yu) 模擬量信號線也應分開布線，而且後者應采用屏蔽線，並且將屏蔽層接地。數字傳(chuan) 輸線也要采用屏蔽線，並且要將屏蔽層接地。plc係統最好單獨接地，也可以與(yu) 其他設備公共接地，但嚴(yan) 禁與(yu) 其他設備串聯接地。連接接地線時，應注意以下幾點：

　　（a） plc控製係統單獨接地。

　　（b） plc係統接地端子是抗幹擾的中性端子，應與(yu) 接地端子連接，其正確接地可以有效消除電源係統的共模幹擾。

　　（c） plc係統的接地電阻應小於(yu) 100ω，接地線至少用20mm2的專(zhuan) 用接地線，以防止感應電的產(chan) 生。

　　（d） 輸入輸出信號電纜的屏蔽線應與(yu) 接地端子端連接，且接地良好。

　　（2） 電源線、i/o線與(yu) 動力線

　　動力電纜為(wei) 高壓大電流線路，plc係統的配線靠近時會(hui) 產(chan) 生幹擾，因此布線時要將plc的輸入輸出線與(yu) 其它控製線分開，不要共用一條電纜。外部布線時應將控製電纜、動力電纜、輸入輸出線分開且單獨布線，它們(men) 之間一般應保持30cm以上一定的間距。當實際情況隻能允許在同一線槽布線時，應用金屬板把控製電纜、動力電纜、輸入輸出線間隔開來並屏蔽，金屬板還必須接地。隔離變壓器二次側(ce) 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(yu) 動力線就可以減少外界磁場及它們(men) 之間的幹擾。

　　4.3 外圍設備幹擾的抑製

　　（1） plc輸入與(yu) 輸出端子的保護

　　當輸入信號源為(wei) 感性元件，輸出驅動的負載為(wei) 感性元件時，對於(yu) 直流電路應在它們(men) 兩(liang) 端並聯續流二極管。對於(yu) 交流電路，應在它們(men) 兩(liang) 端並聯阻容吸收電路。采取以上措施是為(wei) 了防止在電感性輸入或輸出電路斷開時產(chan) 生很高的感應電勢或浪湧電流對plc輸入、輸出端點及內(nei) 部電源的衝(chong) 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(yu) 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(yu) 輸出信號的防錯

　　當輸入信號源為(wei) 晶體(ti) 管，或是光電開關(guan) 輸出類型時，當輸出元件為(wei) 雙向晶閘管，或是晶體(ti) 管輸出，而外部負載又很小時，會(hui) 因為(wei) 這類輸出元件在關(guan) 斷時有較大的漏電流，使輸入電路和外部負載電路不能關(guan) 斷，導致輸入與(yu) 輸出信號的錯誤，為(wei) 此應在這類輸入、輸出端並聯旁路電阻，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(guan) 、光電開關(guan) 等dc兩(liang) 線式傳(chuan) 感器輸入信號時，若漏電流較大時，應考慮由此而產(chan) 生的誤動作，使plc輸入信號不能關(guan) 斷。一般在plc輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控矽為(wei) 輸出時，為(wei) 避免漏電流等原因引起輸出的元件關(guan) 斷不了，也可以在輸出端並聯一旁路電阻。

　　（4） 浪湧電壓

　　在控製器觸點（開關(guan) 量）輸出的場合，不管控製器本身有無抗幹擾措施，都應采用rc吸收（交流負載）或並接續流二級管（直流負載），以吸收感性負載產(chan) 生的浪湧電壓。

　　（5） 衝(chong) 擊電流

　　用晶體(ti) 管或雙向可控矽輸出模塊驅動白熾燈之類的有較大電源負載時，為(wei) 保護輸出模塊，應在plc輸出端並接旁路電阻或與(yu) 負載串聯限流電阻。

    　4.4 電磁幹擾的抑製

　　根據幹擾模式的不同，plc控製係統的電磁幹擾分為(wei) 共模幹擾和差模幹擾，共模幹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係統i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模幹擾可為(wei) 直流，亦可為(wei) 交流。差模幹擾是指作用於(yu) 信號兩(liang) 極間的幹擾電壓，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幹擾所形成的電壓，這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與(yu) 控製精度。為(wei) 了保證plc控製係統在工業(ye) 環境中免受或減少內(nei) 外上述電磁幹擾，必須采取3個(ge) 方麵抑製措施：抑製幹擾源;切斷或衰減電磁幹擾的傳(chuan) 播途徑;提高裝置和係統的抗幹擾能力。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來實現。

　　4.5 安裝中的抗幹擾措施

　　plc控製係統所處的環境對其自身抗幹擾也有一定的關(guan) 係，因此在安裝時應注意以下幾個(ge) 方麵。

　　（1） 濾波器、隔離穩壓器應設在plc櫃電源進線口處，不讓幹擾進入櫃內(nei) ，或盡量縮短進線距離。

　　（2） plc控製櫃應盡可能遠離高壓櫃、大動力設備、高頻設備。

　　（3） plc控製櫃要遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chan) 生電弧的觸點。

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

　　（5） plc程控器的外部要有可靠的防水係統以防止雨水進入，造成機器損壞。

5 軟件抗幹擾措施

　　控製器的外部開關(guan) 量和模擬量輸入信號，由於(yu) 噪聲、幹擾、開關(guan) 的誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會(hui) 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(guan) 作為(wei) 輸入信號時，則不可避免產(chan) 生抖動;輸入信號是繼電器觸點，有時會(hui) 產(chan) 生瞬間跳動，將會(hui) 引起係統誤動作。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係統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合（或斷開後）才執行。

　　對於(yu) 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。采樣數據先後存放在不同的數據寄存器中，經比較後取中間值或平均值作為(wei) 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、防脈衝(chong) 幹擾平均值濾波、算術平均值濾波、去極值平均濾波等。

　　（1）程序判斷濾波適用於(yu) 對采樣信號因受到隨機幹擾或傳(chuan) 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(liang) 次采樣允許的最大偏差，若先後兩(liang) 次采樣的信號差值大於(yu) 偏差，表明輸入是幹擾信號，應去掉，用上次采樣值作為(wei) 本次采樣值。若差值不大於(yu) 偏差，則本次采樣值有效。

　　（2） 中值濾波是連續輸入3個(ge) 采樣信號，從(cong) 中選擇一個(ge) 中間值作為(wei) 有效采樣信號。

　　（3）滑動平均值濾波是將數據存儲(chu) 器的一個(ge) 區域（20個(ge) 單元左右）作為(wei) 循環隊列，每次數據采集時先去掉隊首的一個(ge) 數據，再把新數據放入隊尾，然後求平均值。

　　（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(cong) 累加和中減去最大值和最小值，再求（n-2）個(ge) 數據的平均值作為(wei) 有效的采樣值。

　　（5）算術平均值濾波是求連續輸入的n個(ge) 采樣數據的算術平均值作為(wei) 有效的信號。它不能消除明顯的脈衝(chong) 幹擾，隻是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。

　　（6）防脈衝(chong) 幹擾平均值濾波是連續進行4次采樣，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的兩(liang) 個(ge) 數據的平均值。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據進行非線性補償(chang) ，提高數據的線性度。也可采用零位補償(chang) 或自動零跟蹤補償(chang) 等方法來處理零漂，修正誤差，提高采樣數據的精度。

　　另外還可進行信號相容性檢查。包括開關(guan) 信號之間的狀態是否矛盾，模擬信號值的變化範圍是否正常，開關(guan) 量信號與(yu) 模擬量信號之間是否一致，以及各信號的時序關(guan) 係是否正確。

6 結束語

　　plc控製係統的可靠性設計在係統設計中占有重要地位，在實際設計中隻有根據應用係統的具體(ti) 特點和應用環境的具體(ti) 條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設計技術和抗幹擾方法，全麵、合理地考慮係統的軟件和硬件設計，從(cong) 總體(ti) 上提高係統的抗幹擾能力和可靠性。

　　plc控製係統中的幹擾是一個(ge) 十分複雜的問題，因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素，合理有效地抑製幹擾，對有些幹擾情況還需做具體(ti) 分析，本文僅(jin) 對常用的硬件和軟件抗幹擾措施進行了探討。在實際開發過程中，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的保護措施，就完全可以使控製係統安全、可靠地運行。