PLC控制系统抗干扰技术设计策略

２２ 来 自系统 外 引线 引入 的 干扰 ．
由于 Ｐ Ｃ要通过导线 与现场 信号 连接 ，线 路距 离有 时 Ｌ
很长 。因此 ，在线 路传输 信号 过程 中，难免 就会 把 一些 干 扰带到 Ｐ Ｃ控制室 。来 自外 引线 的干扰 主要 有以下 三类 ： Ｌ
统混乱对 Ｐ Ｃ系统的干扰主要是各个接地点 电位分布不均 ， Ｌ 不 同接地点 间存在地 电位 差 ，引起 地环 路电 流 ，影 响 系统 正常工作 。若系 统地 与其它 接地处 理混 乱 ，所产生 的地 环 流就可能在地线上产 生不 等电位分 布 ，影 响 Ｐ Ｃ内逻辑 电 Ｌ
需 要。
机 ２台 ，８０ Ｗ（ ｋ 电机 ５Байду номын сангаас，由于 电机启 停 ，常常造成 ５ ｋ ６ Ｖ）
近百伏 的瞬时过 压或 者欠 压 。而 瞬时过 压或者欠 压形 成涌
流 ，即使不 超过 Ｐ Ｃ电源 的工作范 围，也会造 成很 强 的干 Ｌ 扰 和破 坏性 。因此 ，要 提 高 工业控 制 系统 的抗 干扰 性 能 ，
首先要 在电源上下功夫。
２ ）来 自信 号线引入的干扰 。这 种干扰主要通 过信号线
引入 ，在我 国工业 现场较 严重 。与 Ｐ Ｃ控 制 系统连接 的各 Ｌ
类信号传输 线 ，除 了传输 有效 的各类 信息之 外 ，总会 有外 部干扰信号 侵入 。此 干扰 主要 有两种 途径 ：一是 通过 变送 器供 电电源 或共 用 信号 仪表 的供 电 电源 串入 的电 网干 扰 ；
２ 干 扰 的来源
影 响 Ｐ Ｃ控制 系统的干扰 源 ，大都 产生 在 电流或 电压 Ｌ 变化剧 烈 的部 位 ，这些 电荷 剧 烈移 动 的部 位就 是 噪 声 源 ，

４０ １ ） ５ ０ ５
要 ：Ｌ Ｐ Ｃ控 制 系统 在 受 到 干 扰 时 ， 产 生 误 动 作 或 拒 动作 ， 会 引起 控 制 失 败 。 本 文 首 先分 析 了干
扰 产生的原因 ： 电源干扰 、 号线 引入 的干扰 、 信 接地 混乱 引起 的 干扰、 内部干 扰等 然后 就
这 些 干 扰 ， 硬 件 和软 件 两 方 面 入 手 ， 硬 件 方 面 主要 采 取 了抑 制 电 源 干扰 、 小 信 号 线 从 在 减
干扰源 卜— ＿ ＿ 耦合通 道 卜——． 接收 电路 － ｝
下 面对 干扰 的 主要来 源进 行分 析 ： １ １ 来 自电源 的干扰 ．．
对 电源来 说 ， 干扰 主要来 源 于外界 大容 量感 其
郑州航院青年科研基金一《 可编程控制器抗干扰技术研究》
一
１２ 一 ６

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工业环 境 中的 干 扰 因素 比较 多 ， Ｐ Ｃ控 制 对 Ｌ 系统造 成 的影 响也 是 多 方 面 的 。但 干 扰 的形 成 须 具备 ３个基 本 因素 ， 干扰源 、 合通道 、 干扰信 号 耦 对
敏感 的接 收 电路 ， 下 图所示 。所 以 ， 除 噪声源 、 如 消 抑 制噪声 耦合 和设 计低 噪声 电路 是最 基本 的方法 。
在学 生实 验 与课 程 设 计 过 程 中 ， 于 各 种 干 由
际上 ， 由于分布参 数特别是分布电容的存在 ， 绝对
隔离 是不 可能 的 。
１２来 自信号线 引 入 的干 扰 ．．
与 Ｐ Ｃ控制 系统连接 的各类信 号线 ， 了向 Ｌ 除
Ｐ Ｃ提供 各类 有效 的控制 信息 外 ， 免会 有外 部 干 Ｌ 难 扰 信 号 的 侵 入 。 这 种 干 扰 主 要 有 两 个 途 径 引 入

２ ２ ３ 信 号 与 屏 蔽 接 地 ．．
一
以下 为软 件延 时 ２ ｌ 去抖 的程序 ： ０ＩＳ ｌ
Ａ Ｌ Ｉ ２ ０． Ｏ Ｓ Ｔ＃２ ５ ０Ｍ Ｓ
ＳＤ
Ｔ
Ｏ
Ｎ０Ｐ Ｏ
般 要求 信 号 线有 唯一 的参 考地 ， 屏蔽 电缆 遇
ＮＯＰ Ｏ Ｎ０Ｐ Ｏ
单 点接 点 。
３ Ｐ Ｃ控 制 系 统 的软 件 抗 干 扰 设 计 Ｌ
软 件抗 干扰 方法 没计 简单 、 改灵活 、 费资源 修 耗 少 ，在 Ｐ Ｃ测控 系统 中同样获 得 了广泛 的应用 。软 Ｌ 件 抗干 扰 主要有 采用 数字 滤波 和软 件容错 等经 济有
效 的方 法 。
法 、 动 滤 波 法 等 。 这 些 方 法 已 有 成 熟 的 应 用 ， 滑 。 本 文 重 点 介 绍 Ｐ Ｃ 编 程 过 程 中 适 时 运 用 软 件 容 错 Ｌ 技 术 增 强 Ｐ Ｃ系 统 的抗 干 扰 能 力 的 方 法 ， 以 ＳＥ Ｌ 并 Ｉ．
定 的电源供 给 。Ｐ Ｃ外 供 电最好 从 最近 的低 压 配 电 Ｌ 室 的主母 线排 上采 取 专 用 线 供 电 ， 样 可 以 减少 大 这
ＭＥ Ｓ的 Ｐ Ｃ编程 软件 Ｓ Ｅ ７为 例 ， 明软 件 容错 Ｎ Ｌ ＴＰ 说
的程 序实 现 。 所 谓 容 错 ， 是 在 干 扰 不 能 避 免 的 情 况 下 ， 一 就 万 其对控制 系统造成大 的干扰而使 系统 出现异 常时 ， 控
制系统能对 其及时做 出反应 ， 并根据 出错 时的状态 决
数 字 滤 波 的 抗 干 扰 技 术 是 利 用 数 字 滤 波 程 序 对
干扰 信 号 ， Ｐ Ｃ系统 无法 正 常工作 。 使 Ｌ

科技论坛 Ｉ ｌ ｛
张继骞 柳 成 业
科
Ｐ Ｃ抗干扰技术在工业控制系统中的应用 Ｌ
（ 黑龙 江建龙钢铁有限公 司， 黑龙江 双鸭 山 １ ５０ ） ５ １０
摘 要： 主要 阐述 了 Ｐ Ｃ控制 系统在 工业应 用中可能受到的干扰 类型 。 Ｌ 并提 出了针 对性 的抗干扰技术措ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 关键词 ： Ｌ 抗干扰 ； Ｐ Ｃ； 工业控制 系统； 用 应
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但 所 引起 的干 扰 噪 声 将 是 非 常 严 重 的 。 在 处 理 电 阻 可 取 ４ ｎ ～１０ ，且 Ｒ ７ ２ｎ Ｃ尽 可 能 靠 近 负
责 任 编 辑 ： 兆 杰 孙
一
ｌ 一
１ 述 概 脉冲数 字电路时，对脉 冲中包含 的频谱应有 一 载 。 Ｐ Ｅ具有编程 简单 、 用性好 、 Ｉ 通 功能强 、 易 个 粗略概念。 ３ 外部配线的抗 干扰设计 ． ４ 于扩展等优点 ，特别是采用了高集成度的微电 ３ Ｐ Ｃ系统中的抗干扰设计 Ｌ 外部配线之间存在着互感 和分布 电容 ， 进 子器 件， 具有很高 的可靠性 ， 能较强的适应恶劣 ３１ ．接地抗干扰设计 行信号传送时会产生窜扰 。为 了防止或减 少外 的工业环境 ， 已被广泛应用于工业控制领域 中。 接 地在 消除干扰上起很大 的作 用 ， 良好 的 部配线 的干扰 。 交流输入 、输出信号与直 流输 现在 工业 生产线 控制 系统中所使用 的 Ｐ Ｃ 主 援地是 保证 Ｐ Ｃ可靠工作 的重要 条件之一 ， Ｌ ， Ｌ 可 入 、 出信号应分别使用各 自的 电缆 。 输 集成 电路 要是集中安装在主控室 ，它们 大多处在强 电电 以避免偶然发生 的电压冲击危害。为 了抑制 附 或晶体管设备的输人 、 出信号线 ， 输 要使用屏蔽 路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中 ， 容 加 在电源及 输入 、 出端 的干扰 ， 给 Ｐ Ｃ接 电缆 ， 蔽电缆在输入 、 出侧要 悬空 ， 很 输 应 Ｌ 屏 输 而在控 易被周围干扰源干扰而引起控制系统产生误 动 以专用地线 ， 接地线与动力设备洳 电动机） 的接 制器侧要接地。配线时在 ３ Ｏ米以下的短距离 ， 作， 影响系统的正常工作 ， 因此必 须重视 系统 的 地点应分开 ， 若达不到此要求 ， 则可与其它设备 直流和交流输 入、输 出信号线最好不要使用 同 抗干扰设计 。 公共接地 ， 严禁与其它设备 串联接地。 接地 电阻 电缆 ， 如果要走 同一配线管时 ， 输人信号要使 ２ 响 ＰＣ 影 Ｌ 控制系统稳定的干扰类型 要小于 ５ 接地线要粗 ， ｎ， 面积要 大于 ２ 平方 毫 用屏 蔽电缆。Ｏ 一３０ ３ 米 ０ 米距离的配线时 ， 直流 ２１空间辐射干扰 ． 米， 而且接 地点最 好靠近 Ｐ Ｃ装置 。 间的距 和交流输入、输 出信号线要分别使 用各 自的电 Ｌ 其 空间的辐射电磁场 Ｍ） １ 主要 由电力 网络、 离要小 于 ５ 米 ， ０ 接地线应避开强 电回路 ， 无 缆 ， 若 并且输入信号线一定要用屏蔽 线。对于 ３ ０ ０ 电气设备 、 雷电 、 鬲频 感应加 热设备 、 大型整流 法避开时 ， 应垂直相交， 缩短平行走线的长度。 米以上长距离配线时 ，则可用中间继电器转换 设 备等产 生 ， 常称 为辐射干扰 。电气设备 、 通 电 ３２电源部分 的抗干扰设计 ． 信号 ， 或使用远程 Ｉ Ｏ通道 。对于控 制器的接 ／ 子设备的高密度使 用 ， 使空间 电磁波污染越来 电源波 动造成 的电压 畸变或毛刺 。将 对 地线要 与电源线或动力线分开 ， 输入 、 输出信号 越 严重， 些干扰源产生 的辐射波频率范围广 。 Ｐ Ｃ及 Ｉ 这 Ｌ ／Ｏ模块产生不良影响 。据统计 分析 ， 线要与 高电压 、 大电流的动力线分 开配线 。 且 无规律 。空间辐 射干扰 以电磁感应的方式通 Ｐ Ｃ系统 的干扰 中有 ７ ％是从 电源耦 合进 来 Ｌ ０ ３ 软件抗干扰设计 ． ５ 过检测系统的壳体 、 导线等形成接收 电路 ， 造成 的。 了抑制干扰 ，Ｌ 供电系统可采用如下方 为 ＰＣ 尽管硬 件抗干扰可滤 除大部 分干扰信 号 ， 对 系统的干扰。若此时 Ｐ ， Ｉ ． Ｃ置于其辐射场 内 。 式 ， 控制器 和 Ｉ Ｏ系统分别 由各 自的隔离变 压 但 因干扰信号产生的原 因很复杂 。且具有很 大 ／ 其信号 、数据线和 电源线 即可充当天线接受辐 器供 电 ， 与主电路 电源分开。 并 当某一部 分电源 的随机性 ， 很难保证系统完全不受干扰 。 因此往 射干扰 。此种干扰与现场设备布置及设备 所产 出了故 障时 ， 而不会 影响其他部分 ， 如输 入 、 输 往在硬件抗干扰措施 的基础上 。采取软件抗 干 生 的电磁场 的大小 ， 特别是与频率有关， 一般通 出供 电中断时 ， 控制器仍能继续供 电， 提高 了系 扰技术加以补充 ， 为硬件措施 的辅助手段 。 作 软 过 设置屏 蔽电缆 和 Ｐ Ｃ局部屏 蔽及 高压泄放 统 的可靠性 。 Ｌ 件抗干扰方法没计简单 、修改灵活 、耗费资 源 元件进行保护 。 ３ 输人输出信号的抗干扰设计 ＿ ３ 少 ，在 Ｐ Ｃ测控 系统中 同样 获得 了广泛 的应 Ｌ ２２电源的干扰 ． 为 了防止输入 、 出信 号受到 干扰 ， 选 用。对于 Ｐ Ｃ测控装置 ， 输 应 Ｌ 其数据输人 、 输出 、 存 Ｐ Ｃ系统一般 由工业用 电网络供电。 Ｌ 工业 用绝缘型 Ｉ ／Ｏ模块 。 储等系统属于弱电系统 ，如果工作 环境 中存在 系统 中的某些大设备的启动、 机等 ， 引起 停 可能 ３ ． 输入信号 的抗干扰设计。 ．１ ３ 输入信号 的 干扰 ， 就有可能使数据受干扰而破坏 ， 从而造成 电源过压、 欠压、 浪涌、 下陷及产生尖峰干扰 ， 这 输入线之间的差模 干扰可 以利用输入模块滤波 数据误 差、 控制状态失灵 、 程序状态 和某些器件 些 电压噪声 均会 通过 电源内阻耦 合到 Ｐ Ｃ系 来减小干扰 ，而输入线与大地间的共 模干扰可 的工作状态被改变 ， Ｌ 严重时会使系统程 序破坏 。 统的电路 ， 给系统造成极 大的危害 。 通 过控制器的接地来抑制 。在输入端 有感性负 般采 用指令重复执行和数字 滤波 两种方法 。 ２ 来 自 号传输线上 的干扰 ． ３ 信 载时 ，为了防止电路信号突变而产生 感应电势 ３ ． 指令重复执行 。 ．１ ５ 指令重复执行就是根 除了传输有效的信 息外 ，Ｌ Ｐ Ｃ系统 连接的 的影 响 ，可采用硬 件的可靠性 容错和容差设计 据需要 使作用相 同的指令重复 执行 多次 ，一般 各类信号传输线 总会有外部干扰 信号 的侵 入 。 技术 ， 于交 流输入信号 ， 对 可在负载两端 并联 电 适用 于开关量或数字量输入 ， 出的抗 干扰 。 输 在 由信号线引人 的干扰会 引起 Ｉ ／Ｏ信号工 作异 容 ｃ和 电阻 Ｒ 对于直流输人信号 ， 接续流 采集某些开关量或数字萤时 ． 复采 集多次 ， ， 可并 可重 常和测量精度大大降低 ．严重时将引起 元器件 二极管 Ｄ 一般负载容量在 ＩＶ 。 Ｏ Ａ以下时 。 应选 直 到连续两次或两次以上的采集结果完全 相同 损伤 。 系统隔离性能较差 ， 若 还将导致信号间互 Ｃ为 ０１ Ｆ Ｒ为 １ ０ ． ， ２ ，当负载容量在 １Ｖ ０ Ａ以 时才视 为有效 。 若多次采集后 ， 总是变化不 信号 相干扰 ， 引起共地 系统总线回流 ， 造成逻辑 数据 上 时 ， 选 Ｃ为 Ｏ ７ Ｆ Ｒ为 ４ 。 应 ． ， ４ ７ 定， 可停止采集 ， 发出报警信号 。在满足实 时性 变化 、 误动作甚至死机 。 ３３２输 出电路 的抗 干扰设计 。对 于 Ｐ Ｃ 要求 的前提 ，如果在各次采集数守信号之 间插 ．． Ｌ ２４数字电路引起的干扰 ． 系统为开关量输出 ， 可有继 电器输 出、 晶闸管输 入一段延时 ， 数据的可靠性会更高 。 如果在 系统 数字 集成 电路引 出的直 流电流 虽然只有 出 、 晶体管输 出三种形式。 具体选择要 根据 负载 实时性要求不是很高 的情况下 ，其指令重 复周 ｍ Ａ级 ， 但是 当电路处在高 速开 关时 ， 就会形 成 要求来决 定。若负载超过了 Ｐ Ｃ的输出能力 ， 期 尽 可 能 长 些 。 Ｌ 较大的干扰 。 例如 ，ＴＬ门电路在导通状态下从 应外接继 电器或接触器 ， １． Ｉ 才可正常工作 。 Ｌ Ｐ Ｃ输 ３ ． 数字滤波 。在某些信 号的采 集过程 ．２ ５ 直流 电源引 出 ５ ｍＡ左右 的电流 ， 截至状态下则 出端子若接有感性 负载 。 出信号 由 Ｏ Ｆ 为 中，由于存在随机干扰而可能使被测信号 的随 输 Ｆ 变 为 ｌ Ａ， ５ ｍ 在 ｍ的时间 内其 电流变 化为 ４ ｍＡ， 如 Ｏ Ｎ或从 Ｏ Ｎ变为 Ｏ Ｆ时都会有某些 电量的 突 机误差加大。 Ｆ 针对这种情况 ， 以采用数字滤波 可 果在配 电线上具 有 ０ Ｈ的电感 ， ．５ 当这个 门 变而可能产生干扰。在设计时应采取相应 的保 技术。 该方法具有可靠性高和稳定性好 的特点 ， 电路 改 变 状 态 时 ， 配 电 线 上 产 生 的 护措施 ， 以保护 Ｐ Ｃ的输出触点 。对于直流 负 广泛应 用于工业计算机测控系统中。 Ｌ 此外 ， 数字 噪 声 电 压 为 ：Ｕ Ｉ × ｄ ＝ ｊ／ ｄ＝ ． × 载 ， 常是在线圈两端并联续 流二极 管 Ｄ， ｔＯ ５ 通 二极 滤波的常用方 法还有 ： 程序判断滤波法 、 中值滤 １ ｘ ０ ４ × １ 。 ／ ５ × １ ０ Ｏ ＝Ｏ．４ Ｖ 管应 尽可能靠近负 载， 二极管可为 １ Ａ的管子 。 波法 、 平均滤波法 、 算术 递推平均滤波法等。 如果把 这个 数值乘 上典型 系统的大 量门 对 于交流负载 ，应在线圈两端并联 Ｒ Ｃ吸收 电 的数值 ，虽然这种 门电路 的供 电电压仅为 ５ 路 ， Ｖ． 根据负载容量 ， 电容可取 ０１ Ｆ一０ ７ Ｆ ． ． ， ４

极 为复杂 。
极间加装滤 波器可减少差模 干扰。 当 按 钮 、 开 关 作 为 输 入 信 号 时 ， 则 不 可 避 免 产 生 抖 动 ； 输 入 信 号 是 继 电 器 触 点 ， 有 时 会 产 生 瞬 问 跳 动 ， 会 引 起 系 统 误 动 作 。 可 采 用 定 时 器 延 时 来 去 掉 抖 动 ， 定 时 时 间 根 据 触 点 抖 动 情 况 和 系 统 要 求 的 响 应 速 度 而 定 ， 这 样 可 保 证 触 点 稳 定 闭 合 （ 断开后） 执 行。 或 才 对 于 模 拟 信 号 ， 可 采 用 多 种 软 件 滤 波 方 法 来 提 高 数 据 的 可 靠 性 。 连 续 采 样 多 次 ， 采 样 数 据 先 后 存 放 在 不 同 的 数 据 寄 存 器 中 ， 比 较 后 取 中 间 值 或 平 均 值 作 为 当 经
一
接 地 是 提 高 电 子 设 备 电 磁 兼 容 性 （ Ｃ） 有 效 手 段 之 一 。 正 确 的 接 地 ， 既 ＥＭ 的 能 抑 制 电 磁 干 扰 的 影 响 ， 又 能 抑 制 设 备 向 外 发 出 干 扰 。 接 地 系 统 混 乱 对 ＰＬＣ 系 统 的 干 扰 主 要 是 各 个 接 地 点 电 位 分 布 不 均 ， 不 同 接 地 点 问 存 在 地 电 位 差 ， 引 起 地 环 路 电 流 ，影 响 系 统 正 常 工 作 。 ２． 辐射 干扰 ３ ＰＬＣ 程 控 系 统 中 电 磁 场 干 扰 来 自 空 间 的 辐 射 电 磁 场 的 辐 射 干 扰 。 空 间 的 辐 射 电 磁 场 主 要 是 由 电 力 网 路 、 电 气 设 备 的 暂 态 过 程 、 雷 电 、 无 线 电 广 播 、 雷 达 、 高 频 感 应 加 热 设 备 等 产 生 的 电 磁 场 对 线 路 、 导 线 、 壳 体 上 的 辐 射 、 吸 收 与 调 制 ， 其 分 布

２ 干扰 的来 源
收稿 日期 ：０ ８０ —８ ２０ －８１ 作者简 介： 刘廷 明（９ ４ ） 男 ， １６ 一 ， 山西太谷人 ， 本科 ， 工程师 ， 从事矿山机 电管理工作。
３ ５
２０ ０ ８年 １ ２月
山
西
煤
炭
第 ２ 卷 ８
类信息之外 ， 总会有外部干扰信号侵入。此干扰 主
测 量精 度大 大降 低 ， 重 时将 引起 元 器件 损 伤 。对 严
波电路； 电路板上每个 Ｉ ｃ要并接一个 ００ Ｖ～ ． Ｆ ．１ ｇ ０ 高频电容， 以减小 Ｉ ｃ对电源的影响 ； 可控硅两端并接 Ｒ Ｃ抑制 电路等等。 切断干扰传播路径的常用措施如下 ： ａ 选用 多次 隔离 和 屏 蔽及 采 用 漏 感技 术 电源 。 ．
第２ ８卷
第 ４期
山
西
煤
炭
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ １ １２ ．２
Ｄｅ ． ２ ０８ ｃ ０
２０ ０ ８年 ｌ ２月
Ｓ ＨＡＮ ＡＬ ＸＩＣ０
Ｐ Ｃ电控 系统 的抗干扰技术 Ｌ
刘 廷 明
（ 西山煤 电集团公司马兰矿， 山西 古 交 ０ ０ ０ ） ３ ２５ 摘 要 ： 讨 了影 响 Ｐ Ｃ 电 控 系统 运 行 的 干 扰 类 型 及 来 源 ， 提 出 在 系统 设 计 、 作 、 装 、 探 Ｌ 并 制 安 维
要有 两种途径 ： 是 通过 变 送 器 供 电 电源 或共 用 信 一
增 加续流二极 管 ， 消除断开 线圈时产 生的反 电动势 干 扰； 在继电器接点两端并接火花抑制 电路 ； 电机加 滤 给
号仪表的供电电源串入 的电网干扰 ； 二是信号线受 空间电磁辐射感应的干扰 ， 即信号线上 的外部感应 干扰 ， 种 干扰往 往非 常严重 。 这