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(gè)供電系統(tǒng)的動(dòng)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(jí)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(shí)，可在隔離穩(wěn)壓器前面加濾波器來(lái)消除電源的大部分諧波。必要時(shí)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(hào)。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(lái)，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(dòng)力線和接地線，布線不恰當(dāng)則會(huì)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(duì)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(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)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(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的plc系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;不接地時(shí)，應(yīng)在plc側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地;多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，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(diǎn)接點(diǎn)。plc電源線、i/o電源線、輸入、輸出信號(hào)線，交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)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(dú)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(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　?。╝） plc控制系統(tǒng)單獨(dú)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。

　?。╟） 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(hào)電纜的屏蔽線應(yīng)與接地端子端連接，且接地良好。

　　（2） 電源線、i/o線與動(dòng)力線

　　動(dòng)力電纜為高壓大電流線路，plc系統(tǒng)的配線靠近時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾，因此布線時(shí)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(shí)應(yīng)將控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線分開且單獨(dú)布線，它們之間一般應(yīng)保持30cm以上一定的間距。當(dāng)實(shí)際情況只能允許在同一線槽布線時(shí)，應(yīng)用金屬板把控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線間隔開來(lái)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(dòng)力線就可以減少外界磁場(chǎng)及它們之間的干擾。

　　4.3 外圍設(shè)備干擾的抑制

　　（1） plc輸入與輸出端子的保護(hù)

　　當(dāng)輸入信號(hào)源為感性元件，輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為感性元件時(shí)，對(duì)于直流電路應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。對(duì)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(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)或浪涌電流對(duì)plc輸入、輸出端點(diǎn)及內(nèi)部電源的沖擊，當(dāng)plc的驅(qū)動(dòng)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(dòng)元件之間增加光電隔離的過零型固態(tài)繼電器ac-ssr。

　　（2） 輸入與輸出信號(hào)的防錯(cuò)

　　當(dāng)輸入信號(hào)源為晶體管，或是光電開關(guān)輸出類型時(shí)，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(shí)，會(huì)因?yàn)檫@類輸出元件在關(guān)斷時(shí)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(hào)的錯(cuò)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。

　?。?） 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(hào)時(shí)，若漏電流較大時(shí)，應(yīng)考慮由此而產(chǎn)生的誤動(dòng)作，使plc輸入信號(hào)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(shí)，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。

　　（4） 浪涌電壓

　　在控制器觸點(diǎn)（開關(guān)量）輸出的場(chǎng)合，不管控制器本身有無(wú)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(jí)管（直流負(fù)載），以吸收感性負(fù)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(qū)動(dòng)白熾燈之類的有較大電源負(fù)載時(shí)，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(hào)對(duì)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(hào)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(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時(shí)，變送器輸出信號(hào)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(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，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(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)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(hào)上，直接影響測(cè)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(gè)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(lái)實(shí)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(duì)其自身抗干擾也有一定的關(guān)系，因此在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)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(dòng)力設(shè)備、高頻設(shè)備。

　?。?） 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(diǎn)。

　?。?） 整臺(tái)plc機(jī)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(yè)標(biāo)題#e#

　　（5） 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(jī)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(hào)，由于噪聲、干擾、開關(guān)的誤動(dòng)作、模擬信號(hào)誤差等因素的影響，不可避免會(huì)形成輸入信號(hào)的錯(cuò)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(hào)時(shí)，則不可避免產(chǎn)生抖動(dòng);輸入信號(hào)是繼電器觸點(diǎn)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間跳動(dòng)，將會(huì)引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。在這種情況下，可采用定時(shí)器延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)，定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度而定，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩(wěn)定閉合（或斷開后）才執(zhí)行。

　　對(duì)于模擬信號(hào)可采用多種軟件濾波方法來(lái)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(shí)間和該信號(hào)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(dòng)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(duì)采樣信號(hào)因受到隨機(jī)干擾或傳感器不穩(wěn)定而引起的失真進(jìn)行濾波。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣允許的最大偏差，若先后兩次采樣的信號(hào)差值大于偏差，表明輸入是干擾信號(hào)，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(gè)采樣信號(hào)，從中選擇一個(gè)中間值作為有效采樣信號(hào)。

　　（3）滑動(dòng)平均值濾波是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一個(gè)區(qū)域（20個(gè)單元左右）作為循環(huán)隊(duì)列，每次數(shù)據(jù)采集時(shí)先去掉隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)放入隊(duì)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為有效的采樣值。

　?。?）算術(shù)平均值濾波是求連續(xù)輸入的n個(gè)采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為有效的信號(hào)。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(gè)數(shù)據(jù)的平均值。它實(shí)際上是去極值平均濾波的特例。

　　在設(shè)計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性補(bǔ)償，提高數(shù)據(jù)的線性度。也可采用零位補(bǔ)償或自動(dòng)零跟蹤補(bǔ)償?shù)确椒▉?lái)處理零漂，修正誤差，提高采樣數(shù)據(jù)的精度。

　　另外還可進(jìn)行信號(hào)相容性檢查。包括開關(guān)信號(hào)之間的狀態(tài)是否矛盾，模擬信號(hào)值的變化范圍是否正常，開關(guān)量信號(hào)與模擬量信號(hào)之間是否一致，以及各信號(hào)的時(shí)序關(guān)系是否正確。

6 結(jié)束語(yǔ)

　　plc控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有重要地位，在實(shí)際設(shè)計(jì)中只有根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點(diǎn)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(jì)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(jì)，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(gè)十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，本文僅對(duì)常用的硬件和軟件抗干擾措施進(jìn)行了探討。在實(shí)際開發(fā)過程中，應(yīng)充分考慮到對(duì)plc的各種不利因素，在硬件、軟件的設(shè)計(jì)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(yùn)行。