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(jìn)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(cè)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(cè)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(yán)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(yīng)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(shè)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(dāng)則會造成電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yuǎn)處，而且plc系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地;不接地時，應(yīng)在plc側(cè)接地;信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)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(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?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(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線，而且后者應(yīng)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(shè)備公共接地，但嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。連接接地線時，應(yīng)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(yīng)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。
（c） plc系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)小于100ω，接地線至少用20mm2的專用接地線，以防止感應(yīng)電的產(chǎn)生。
?。╠） 輸入輸出信號電纜的屏蔽線應(yīng)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(yīng)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(yīng)保持30cm以上一定的間距。當(dāng)實際情況只能允許在同一線槽布線時，應(yīng)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(cè)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(shè)備干擾的抑制
?。?） plc輸入與輸出端子的保護(hù)
當(dāng)輸入信號源為感性元件，輸出驅(qū)動的負(fù)載為感性元件時，對于直流電路應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。對于交流電路，應(yīng)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(yīng)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(dāng)plc的驅(qū)動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，應(yīng)在plc輸出端與驅(qū)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(dāng)輸入信號源為晶體管，或是光電開關(guān)輸出類型時，當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管，或是晶體管輸出，而外部負(fù)載又很小時，會因為這類輸出元件在關(guān)斷時有較大的漏電流，使輸入電路和外部負(fù)載電路不能關(guān)斷，導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯誤，為此應(yīng)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(fù)載上的電流。
（3） 漏電流
當(dāng)采用接近開關(guān)、光電開關(guān)等dc兩線式傳感器輸入信號時，若漏電流較大時，應(yīng)考慮由此而產(chǎn)生的誤動作，使plc輸入信號不能關(guān)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(guān)斷不了，也可以在輸出端并聯(lián)一旁路電阻。
?。?） 浪涌電壓
在控制器觸點（開關(guān)量）輸出的場合，不管控制器本身有無抗干擾措施，都應(yīng)采用rc吸收（交流負(fù)載）或并接續(xù)流二級管（直流負(fù)載），以吸收感性負(fù)載產(chǎn)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(qū)動白熾燈之類的有較大電源負(fù)載時，為保護(hù)輸出模塊，應(yīng)在plc輸出端并接旁路電阻或與負(fù)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(yīng)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(dá)130v以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)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(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)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(guān)系，因此在安裝時應(yīng)注意以下幾個方面。
?。?） 濾波器、隔離穩(wěn)壓器應(yīng)設(shè)在plc柜電源進(jìn)線口處，不讓干擾進(jìn)入柜內(nèi)，或盡量縮短進(jìn)線距離。
?。?） plc控制柜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓柜、大動力設(shè)備、高頻設(shè)備。
（3） plc控制柜要遠(yuǎn)離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點。
（4） 整臺plc機要遠(yuǎn)離發(fā)熱的電氣設(shè)備或其它熱源，并置放在通風(fēng)良好的位置上。#p#分頁標(biāo)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(jìn)入，造成機器損壞。
5 軟件抗干擾措施
控制器的外部開關(guān)量和模擬量輸入信號，由于噪聲、干擾、開關(guān)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(dāng)按鈕、開關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)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(dāng)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(shù)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(jìn)行濾波。設(shè)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(yīng)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。
?。?） 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。
?。?）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。
（5）算術(shù)平均值濾波是求連續(xù)輸入的n個采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)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(jìn)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(shè)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(jìn)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?，修正誤差，提高采樣數(shù)據(jù)的精度。
另外還可進(jìn)行信號相容性檢查。包括開關(guān)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(guān)量信號與模擬量信號之間是否一致，以及各信號的時序關(guān)系是否正確。
6 結(jié)束語
plc控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計中占有重要地位，在實際設(shè)計中只有根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點和應(yīng)用環(huán)境的具體條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設(shè)計技術(shù)和抗干擾方法，全面、合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)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(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)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(jìn)行了探討。在實際開發(fā)過程中，應(yīng)充分考慮到對plc的各種不利因素，在硬件、軟件的設(shè)計和安裝中采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。
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