如何解决PLC控制系统中的电磁干扰

1. 概述

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解到各种干扰才能有效保证系统可靠运行。

2. 电磁干扰源及对系统的干扰

影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、偶发噪声等：按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要是由电网串入，、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态电压所加形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成共模电压，直接影响测控信号，造成元器件坏，这种共模干扰可为直流、亦可谓交流。共模干扰是指用于信号两级间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

3 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢?

1) 来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰。其分布极为复杂，若plc系统置于所设频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路劲，一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰，而是对PLC通信内网络的辐射，出通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备所产生的电磁干场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泻放元件进行保护。

2) 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场教严重。

3) 来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，在，工程调式中遇到过，后更换隔离性能较高的PLC电源。问题才能得到解决。

PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路，尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过社电线路到电源边PLC电源通常采用隔离电源，但其结构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离室不可能的。

4) 来自接地系统混乱时引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰，而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC控制系统将无法正常工作。Plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等、接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点点位分布不均，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，例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过地电位差，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合回路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等点位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容县较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机，模拟地电位的分布将导致测量精度下降引起对信号测控的严重失真和误动作。

5) 来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰。这往往被忽略;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，这是很严重的。由信号引入干扰会引起信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

6) 来自PLC内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的香花不匹配使用等。这部属于plc制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门事无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

4系统受干扰时，常会遇到以下几种主要干扰现象：

1) 系统发指令时，电机无规则地转动;

2) 信号等于零时，数字显示表数值乱跳;

3) 传感器工作时，PLC采集过来的信号与实际参数所对应得信号值不吻合，且误差值是随机的，无规律的;

4) 与交流伺服系统共用同一电源工作不正常。

5怎么样才能更好、更简单解决PLC系统干扰?

1) 理想状态下是选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线、电源接地要更加合理等，，但是需要不同设备厂商共同协作才能完成，很难做到，而且成本较高。

2) 利用模拟信号隔离器，有称作信号变送器、属于信号调理的范畴其主要起抗干扰作用。正因为它有特别强的抗干扰能力所以在自动化控制系统中应用非常广泛。尤其对与复杂的工业现场，控制程序越老越复杂。信号隔离器对各种模拟量信号进行输入、输出、电源三端隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

6为什么解决PLC系统干扰首选信号隔离器呢?

1) 使用简单方便、可靠、成本低廉，可同时解决多种干扰。

2) 可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变得非常稳定可靠。

信号隔离器工作原理是什么?

首先将PLC接受的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。

现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢?

隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式(电压型、电流型、环路供电型等)适应前后端通道接口模式，此外尚有精度、功耗、噪音、绝缘强度、总线通讯等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗能量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，试用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

工作原理：首先将半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器进行隔离转换，然后再进行解调回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，保证变换后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。

一：保护下级的控制回路。

二：消弱环境噪声对测试电路的影响。

三：抑制公共接地、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。

标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离;输入、输出和电磁阀及大地之间的电位，能克服变频器噪声级各种高低频脉动干扰。

信号隔离器的主要类型有哪些?

1) 隔离器

工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高提高电气安装性能。需要将输入的电压、电流或频频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表和PLC/DCS使用。

2) 配电器

工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流信号和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。

3) 安全栅

一些特殊的工业现场不但需要两线制传输，既要提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。

信号隔离器安装维护应注意哪些事项?

由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。

1. 使用前应详细阅读说明书。

2. 作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。

3. 作为隔离配电使用时，应将输入端并入电源电路中，输出端接变送器。

4. 若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性发证。

为什么有时PLC接收到的现象信号误差大且稳定性差?

造成这种想象的原因很多，不同仪表信号参考点之间的电位差事重要因素。出于这个差造成仪表信号之间产生干扰电流，致使PLC误差大且稳定性差。所以不同设备、仪表的信号有一个共同的参考点是最佳状况。隔离器使输入/输出电气上完全隔离，在PLC上模拟接口板形成共同的参考点，达到理想装抗问题就解决了。

对4-20mA通道进行隔离，而机柜里没有设置电源的空间了。怎么办?

一种无源信号隔离器，它能实现4-20mA信号隔离且无需外接电源。PH1033就是此类产品。

现在市场有那么多品牌的隔离器，价格惨差不齐，该怎么选择呢?

隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式适应前后端通道接口模式，此外，尚有精度、功耗、噪音、绝缘强度、总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗能量与可靠性有关。这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

DCS接收到的现场二线制压力变送器信号不稳定，怎么解决?

二线制变送器在工业自动化领域中使用频度较高，与其他工业现场设备相同，二线制变送器也存在受干扰及抗干扰的问题。依据DCS模拟板接口模式选用功能不同的隔离配电器，原则上要求它既能给变送器提供隔离电源、保证每个变送器有一个独立电源，又能将变送器信号隔离输送到DCS。

PLC模拟板接口是二线回路供电方式的，而且需要对信号进行隔离，怎样选用产品呢?

二线回路供电方式是一种常见模拟板接口。与这个接口相适合的产品称为二线制回路隔离系列产品。这种隔离变送器内部的隔离器件均采用变压器方式，一方面传递了信号，另一方面也将供电端的电能传送到输入部份，使输入部分的各种电路能正常工作。例如ph2217等配电器产品等。

有几种常用两线制配电器?

常用的二线制隔离配电器有两个系列品种可以选择。两个系列产品的共同点是均能通过外部供电电源经隔离后给两线制变送器提供一个独立的隔离电源：变送器配电取决于现场所配PLC/DCS模拟电量。

安全栅的应用

安全栅最初属于电动单元组合仪表的辅助单元，其主要用途是防爆系统的隔离装置。安全栅将来自危险区的信号经隔离变送，输出隔离的电流信号到安全区，安全栅应用在本安防爆系统中，通过限流和限压电路限制了送往现场回路的能量，从而防止非本安电路得危险能量串入本安回路。安全栅广泛应用于石化等行业的DCS/PLC/PCS等自动化系统中。

常见的安全栅按结构形式可分为齐纳式和隔离式

齐纳式安全栅的应用：

电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。但因由于原理的缺陷使其应用的可靠性受到影响，并限制了其应用范围，原因如下：

1、安装位置要有非常可靠地接地系统，齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1欧姆，否则便失去防保安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在工程应用中很难保证。

2、要求危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地想接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。

3、齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动3而造成齐纳式安全栅的损坏。

隔离式安全栅的应用：

采取将输入、输出、电源之间相互电气隔离的电路结构，同时符合本安型限制能量的要求。

1、采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。

2、对危险区的现场仪表无需采用隔离式的仪表。

3、信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。

4、隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。