可编程控制器使用注意事项及抗干扰问题

时间：2024-05-17

朱娟娟

（1.太原理工大学，山西太原 030024；2.山西职业技术学院，山西太原 030006）

1 引言

可编程控制器是一种新型工业控制装置，它功能强大、可靠性高、使用方便，已经成为工业自动化的支柱产品。目前，在国内外广泛应用于电力、建材、机械制造、交通、环保等各行业。虽然PLC是专为在工业环境下应用而设计的，在设计制造时已采取了很多措施，使其环境适应力很强。但如果工作环境极其恶劣，或者安装操作不当，都有可能导致程序出错或运算错误，从而造成设备的失控和误动作，使控制系统不能正常运行。所以，要保证PLC控制系统可靠地运行，就需要为其提供合适的工作环境，正确安装布线，并采取必要的抗干扰措施。

2 工作环境

2.1 温度

PLC要求工作环境温度为0~55℃。温度高时，会出现故障率增大、寿命缩短、电容器漏电流增大等问题。温度低于允许温度时，模拟回路精度降低，回路的安全系数减小，超低温时可能引起系统不能正常工作。因此，安装时应使PLC尽量远离冷、热源。若周围环境温度高于55℃时，应采取散热措施，如安装电风扇强迫通风；温度低于0℃，应增加电加热器。

2.2 湿度

PLC工作环境的相对湿度要低于85%。因此，不要把PLC安装在结霜、雨淋的场所。同时可将控制柜设计成密封型的，对于非密封型控制柜，可以在控制室内安装吸湿器。对于长期在潮湿环境中使用的PLC，可以在印制板上覆盖一层保护膜，以防止潮湿空气对电路板的不利影响。

2.3 振动和冲击

一般情况下，PLC能承受振动频率为10～55 Hz、幅值为0.5 mm的频繁或连续振动，10 g（g为重力加速度）以下的冲击。使用时要远离振源，当使用环境无法避免振动时，需要采取减振措施，如采用减振胶。

同时，PLC使用时还要避开有腐蚀和易燃气体、有大量铁屑及灰尘的场所。

3 安装注意事项

（1）PLC应尽量远离高压电源线和高压设备，并且二者之间的距离应大于200 mm。

（2）动力部分、控制部分以及PLC的电源和输入、输出回路的电源应分别配线，隔离变压器与PLC和与I/O电源之间应采用双绞线连接。系统的动力线要足够粗，以减小大功率电机起动时的线路压降。

（3）一般情况下，输入接线不要超过30 m。若环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。

（4）PLC的输入和输出要分开走线，开关量与模拟量信号线最好分开敷设。可以采用屏蔽线传送模拟量信号，并将屏蔽层的一端接地。

（5）交流输出线与直流输出线应分别使用不同的电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

（6）通常，PLC输出端的COM端子分组设置，各组相互隔离。在不同组中的输出，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出，需采用同一类型、同一电压等级的电源。

（7）PLC一般可以直接驱动接触器、继电器等负载。但是，在环境恶劣、输出回路接地短路故障较多的场合，最好在输出回路上加装熔断器作为短路保护。

（8）PLC与强电设备最好分别使用接地装置，接地线的截面积应大于2.5 mm2，接地点与PLC的距离不能大于50 m。

4 常见干扰来源及抗干扰措施

4.1 常见干扰

4.1.1 电源干扰

电源是干扰进入PLC的主要途径之一。通常情况下都是由电网向PLC系统供电，而电网的覆盖面很广，所有的空间电磁干扰都会影响电网，在其线路上感应电压。特别是电网内部的变化（如大型设备的起停、交流传动装置产生的谐波等），都会通过输电线路传到电源原边。

4.1.2 信号线引入的干扰

在PLC控制系统中连接着各种信号线，这些信号线在传输有用信号的同时，也会引入干扰信号。这种干扰主要来源于：①从变送器供电电源或者共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这常常被忽略；②信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号线引入的干扰，会导致I/O信号工作不正常、测量精度大幅降低，严重时还会损伤元器件。如果系统的隔离性能不好，还将导致信号间相互干扰，引起共地系统总线回流，导致误动作甚至于死机。PLC控制系统因这种干扰而引起系统故障的情况也较多。

4.1.3 接地系统引起的干扰

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件。正确的接地，既可抑制电磁干扰，又可抑制设备对外界的干扰。而不规范的接地，则会引起各个接点间存在电位差，引起地环路电流，影响系统的正常工作。

4.1.4 PLC系统内部的干扰

此干扰主要是由系统内部元器件以及电路间的相互电磁辐射产生的，如逻辑电路相互辐射，模拟地与逻辑地的相互影响，元器件间的使用不匹配等。不过，作为使用者不必多考虑，但是要选择应用实绩好或经过考验的系统。

4.1.5 变频器干扰

实际中，PLC经常与各类变频器配合使用。变频器在启动以及运行过程中产生的谐波会对电网产生传导干扰，使电网电压发生畸变，影响电网的供电质量。同时，变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，这将影响系统的正常工作。

4.1.6 其他干扰

除以上介绍的情况外，还有一些干扰因素。如由于线路自身老化等原因，导致传输信号断断续续，PLC无法准确地接收现场信号，造成控制出错；由于机械触点抖动，现场触点只吸合一次，而PLC却以为闭合了好几次，因PLC的扫描周期太短，可能在计数、累加等指令中出错，造成控制错误。

4.2 主要抗干扰措施

（1）设备选择。要选择抗干扰能力强的产品，尤其是抗外部干扰能力强的产品；了解产家给出的抗干扰指标，以保证产品在合适的环境中工作；考查产品在类似工作中的应用效果。另外，在选用进口产品时，需按照我国的标准（GB/T13926）进行选择。

（2）在干扰较强或对系统可靠性要求高的场合，可以在PLC的电源输入端安装带屏蔽层的隔离变压器，也可以在电源输入端加接低通滤波器。另外，在输入端和输出端之间加上信号隔离器，也可有效解决干扰问题。

（3）正确选择接地点，完善接地系统。良好的接地，一方面可以保证安全，另一方面可以有效地抑制干扰。

将机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳接地（即保护地），可以防止设备漏电，保护人身安全。而接地系统的抗干扰措施主要是切断地环路引起的干扰。通常情况下，PLC控制系统采用一点接地，将所有的地线端子与最近的接地点相连，以达到最佳抗干扰效果。另外，PLC的接地线需与设备的接地端相连接，且接地线的截面积不得小于2.5 mm2，接地电阻要小于10Ω；如果使用了扩展单元，则扩展单元的接地点要和基本单元的接地点连在一起。为了有效地抑制加在电源与输入、输出端的干扰，PLC需接专用的地线，并且接地点要与动力设备的接地点分开，严禁将PLC与其他设备串联接地。

（4）变频器干扰的抑制。对于来自电源的传导干扰，可以加隔离变压器，这样绝大部分的传导干扰都将被阻隔在变压器之前。使用滤波器，滤波器有较强的抗干扰能力，同时还能防止将设备本身的干扰传给电源，有的滤波器还具有吸收尖峰电压的功能。在变频器到电动机之间使用交流电抗器，这样可减少变频器输出在能量传输过程中线路产生的电磁辐射。

（5）利用PLC内部丰富的软元件，设计一些程序来提高系统的抗干扰能力，即软件抗干扰。软件抗干扰主要是根据一定的原则识别有用信号与干扰信号，并且将干扰信号消除。一是根据有用信号与干扰信号出现的时间不同，在有用信号出现时打开输入口接收信号，在干扰信号出现时封锁输入口，这样可将干扰信号滤除。二是利用有用信号比干扰信号持续的时间长，连续多次采样，滤除干扰信号。三是在程序上将从不同位置、不同输入口接收到的同一信号进行比较，依据既定的逻辑关系判别真伪，从而将干扰信号滤除。