PLC作為(wei) 新一代的工業(ye) 控製器，由於(yu) 具有通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程簡單易學等優(you) 點，因而廣泛應用於(yu) 電力、機械、紡織、電子、交通運輸、石油化工等行業(ye) 的自動控製係統中。PLC是專(zhuan) 門為(wei) 工業(ye) 控製設計的，在設計和製造過程中采取了多層次的抗幹擾措施，使係統能在惡劣的工業(ye) 環境下與(yu) 強電設備一起工作，運行的穩定性和可靠性很高。PLC整機的平均無故障時間可達幾十萬(wan) 小時。
　　隨著相關(guan) 技術的發展，PLC的功能也越來越強，使用越來越方便。但是，整機的可靠性高隻是保證係統可靠工作的前提，在設計和安裝PLC係統的過程中還要采取相應的措施，才能保證係統可靠工作。如果PLC的工作環境過於(yu) 惡劣，如溫度過高、濕度過大、振動和衝(chong) 擊過強，以及電磁幹擾嚴(yan) 重或安裝使用不當等，都會(hui) 直接影響PLC的正常、安全和可靠運行。如果外圍電路的抗幹擾措施不當，整個(ge) 控製係統的可靠性就大大降低。因此，在係統設計時應予以充分的考慮，在硬件上進行適當的配置，並輔以相應的軟件，以實現係統故障的防範。PLC控製係統的可靠性直接影響到企業(ye) 的安全生產(chan) 和經濟運行，係統的抗幹擾能力是整個(ge) 係統可靠運行的關(guan) 鍵。因此，分析研究PLC應用中的可靠性和抗幹擾技術是十分必要的。要提高PLC控製係統的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在軟件上設計相應的保護程序。
　　1.PLC控製係統中的幹擾源
　　PLC係統的幹擾源根據其來源分為(wei) 內(nei) 部幹擾源和外部幹擾源兩(liang) 類，一般主要包括以下幾個(ge) 方麵。
　　(1)來自電氣控製櫃設備內(nei) 部的幹擾
　　①來自PLC係統內(nei) 部的幹擾，主要由PLC係統內(nei) 部元器件及電路間的電磁輻射產(chan) 生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，數字地、模擬地和係統地處理不當而相互影響，以及元器件間的相互不匹配使用等。這屬於(yu) PLC製造商對係統內(nei) 部進行電磁兼容設計的內(nei) 容，作為(wei) 使用者是無法改變的。
　　②電氣控製櫃中使用諸如大功率變頻器和交流接觸器等容易產(chan) 生幹擾的器件。此類幹擾有電路參數和工作點選擇不當而引起的震蕩或波形畸變、快速上升的脈衝(chong) 源以及在信號傳(chuan) 送時阻抗的不匹配、器件的物理噪聲(如元件熱噪聲、觸點熱電勢等)。
　　③由於(yu) 元器件布局不合理造成的內(nei) 部信號相互串擾。如線路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩以及由於(yu) 電路邏輯設計和係統電氣設計不合理所產(chan) 生的幹擾。
　　(2)來自電氣控製櫃外部的幹擾
　　①來自電源的幹擾。由於(yu) PLC係統的正常供電電源均由電網供電，因電源引入的幹擾造成PLC控製係統故障的情況很多，如高壓斷路器、隔離開關(guan) 、大容量變壓器等的影響，大型電力設備起停和交直流傳(chuan) 動裝置引起的諧波，各種電氣設備(電動機、空氣開關(guan) 等)、電焊機及電力係統的短路故障等，都通過輸電線路傳(chuan) 到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但製造工藝等因素使其隔離性並不理想。由於(yu) 分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。
　　②來自信號線引入的幹擾。與(yu) PLC控製係統連接的各類信號線除了傳(chuan) 送各類有效的信息之外，還會(hui) 受到空間電磁輻射感應的幹擾，即信號線上的外部感應幹擾。這類幹擾信號會(hui) 引起PLC的I/O信號工作異常。
　　③來自接地係統的幹擾。由地線侵入的靜電耦合或電磁耦合可對係統產(chan) 生幹擾。在PLC控製係統中，由於(yu) 各個(ge) 接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，形成共模噪聲，影響係統正常工作。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nei) 會(hui) 出現感應電流，通過屏蔽層與(yu) 芯線之間的耦合幹擾信號回路。若係統地與(yu) 其他接地處理混亂(luan) ，所產(chan) 生的地環流就可能在地線上產(chan) 生不等電位分布，影響PLC內(nei) 邏輯電路和模擬電路的正常工作。正確的接地既能抑製電磁幹擾的影響，又能抑製設備向外發出幹擾。錯誤的接地不僅(jin) 會(hui) 引入幹擾信號，接地線本身還會(hui) 成為(wei) 天線向外輻射噪聲，幹擾PLC控製係統的正常工作。
　　④按鈕、繼電器等工作時觸點間產(chan) 生的電弧、靜電產(chan) 生的火花放電、外界的高頻加熱器、高頻淬火設備、雜亂(luan) 的無線電波信號等帶來的幹擾等。
　　(3)其他幹擾
　　①雷擊造成的過電壓和過電流。
　　②溫度變化引起的接觸電阻的變化。
　　③機械振動。
　　2.幹擾途徑
　　PLC控製係統受到幹擾的主要途徑有電源線、輸入/輸出線和空間傳(chuan) 播等。電源受幹擾後，PLC控製係統的供電質量變差，會(hui) 引起PLC控製失靈。輸入/輸出線受幹擾後，會(hui) 出現輸入/輸出控製紊亂(luan) 。空中幹擾主要以電磁感應和靜電感應形式使PLC的CPU出現誤操作。
　　3.PLC控製係統中的抗幹擾措施
　　PLC控製係統的可靠性設計在係統設計中占有重要地位，在實際設計中，應根據應用係統的具體(ti) 特點和應用環境的具體(ti) 條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設計技術和抗幹擾措施，**、合理地考慮係統的軟件和硬件設計，從(cong) 總體(ti) 上提高係統的抗幹擾能力和可靠性。
　　PLC控製係統中的幹擾是一個(ge) 十分複雜的問題，因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素，合理有效地抑製幹擾，對有些幹擾情況還需做具體(ti) 分析。在實際開發過程中，應充分考慮到對PLC的各種不利因素，在硬件、軟件的設計和安裝中采取適當的保護措施，才能保證控製係統安全、可靠地運行。
　　要提高PLC控製係統的可靠性，針對幹擾產(chan) 生的原因，必須從(cong) 設計階段就采取相應的抑製措施，常見的措施有提高裝置和係統的抗幹擾能力、抑製幹擾源、切斷或衰減電磁幹擾的傳(chuan) 播途徑等，基本的抗幹擾措施如表1所示。
　　表1 常用的抗幹擾措施
　　

　　工程設計人員僅(jin) 僅(jin) 了解抗幹擾的原則，掌握抗幹擾的最基本措施還不夠，許多情況下幹擾源對係統的幹擾不是那麽(me) 明顯，應綜合考慮各方麵的因素，在實踐中不斷總結。在實際的工程設計中通常采用的主要抗幹擾措施有：
　　(1)選擇抗幹擾能力強的產(chan) 品
　　在控製係統的設備選型階段，考慮到各廠家PLC抗幹擾性能的優(you) 劣，選型時就需選擇有較高抗幹擾能力的產(chan) 品，其包括了電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)，尤其是抗外部幹擾的能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC。其次還應了解生產(chan) 廠家給出的抗幹擾指標，如共模抑製比、差模抑製比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作等。另外**的方法是考察該型號PLC在類似工作環境中的使用情況。
　　(2)采用性能好的電源，抑製電網幹擾
　　在PLC控製係統中，電源占有極重要的地位。電網幹擾串入PLC控製係統主要通過PLC係統的供電電源(如CPU電源、I/O電源等)、變送器供電電源和與(yu) PLC係統具有直接電氣連接的儀(yi) 表供電電源等耦合進入。PLC係統的供電電源一般都采用隔離性能較好的電源，變送器的電源及與(yu) PLC有直接電氣連接的儀(yi) 表的供電電源應選擇分布電容小、抑製帶大(如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術)的產(chan) 品，以減少對PLC係統的幹擾。
　　此外，PLC電源要與(yu) 整個(ge) 供電係統的動力電源分開，一般在進入PLC係統時加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級側(ce) 至PLC係統間必須采用不小於(yu) 2mm2的雙絞線。屏蔽體(ti) 一般位於(yu) 一、二次側(ce) 兩(liang) 線圈之間並與(yu) 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(yan) 重時，可在隔離變壓器前麵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，以濾去高頻幹擾信號。濾波器應放在隔離變壓器之前，即先濾波後隔離。分離供電係統，將控製器、I/O通道和其他設備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來，也有助於(yu) 抗電網幹擾。
　　(3)電纜的選擇和敷設
　　PLC控製係統的線路中有電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，布線不當則會(hui) 造成電磁感應和靜電感應等幹擾，因此必須按照特定的要求布線。動力電纜為(wei) 高壓大電流線路，PLC係統的配線靠近時會(hui) 受到幹擾，因此布線時要將PLC的輸入/輸出線與(yu) 其他控製線分開，不要共用一條電纜。開關(guan) 量信號線與(yu) 模擬量信號線也應分開布線，而且後者應采用屏蔽線，並且將屏蔽層接地。數字傳(chuan) 送線也要采用屏蔽線，並且要將屏蔽層接地。外部布線時應將控製電纜、動力電纜、輸入/輸出線分開且單獨布線，相互之間一般應保持30cm以上的間距。當實際情況隻能允許在同一線槽布線時，就用金屬板把控製電纜、動力電纜、輸入/輸出線間隔開來並屏蔽，金屬板還必須接地。隔離變壓器二次側(ce) 的電源線要采用2mm2以上的銅芯聚氯乙烯絕緣雙絞軟線。經過這樣處理的電源線、輸入/輸出線與(yu) 動力線就可以減少外界磁場及相互之間的幹擾。
　　(4)安裝中的抗幹擾措施
　　PLC控製係統所處的環境對其自身的抗幹擾也有一定的關(guan) 係，因此在安裝時應注意以下幾個(ge) 方麵。
　　①濾波器、隔離穩壓器應設在PLC控製櫃的電源進線口處，不讓幹擾進入控製櫃內(nei) ，或盡量縮短進線距離。
　　②PLC控製櫃應盡可能遠離高壓櫃、大動力設備和高頻設備。
　　③PLC要盡可能遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chan) 生電弧的觸點。
　　④PLC要遠離發熱的電氣設備或其他熱源，並放在通風良好的位置上。
　　⑤PLC的外部要有可靠的防水措施，以防止雨水進入，造成機器損壞。
　　(5)正確選擇接地點，完善接地係統
　　接地的目的通常有兩(liang) 個(ge) ，一是為(wei) 了安全，二是為(wei) 了抑製幹擾。完善的接地係統是PLC控製係統抗電磁幹擾的重要措施之一。
　　係統接地方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地3種。PLC控製係統屬於(yu) 高速低電平控製裝置，應采用直接接地方式。由於(yu) 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於(yu) 1MHz，所以PLC控製係統的接地線一般采用一點接地和串聯一點接地的方式，**單獨接地，也可以與(yu) 其他設備公共接地，但嚴(yan) 禁與(yu) 其他設備串連接地。集中布置的PLC係統適於(yu) 並聯一點接地方式，各裝置的櫃體(ti) 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，應采用串聯一點接地的方式，即用一根大截麵銅母線(或絕緣電纜)連接各裝置的櫃體(ti) 中心接地點，然後將接地母線直接連接接地極。接地線采用截麵大於(yu) 20mm2的銅導線，總母線使用截麵大於(yu) 60mm2的銅排。接地極的接地電阻應小於(yu) 2Ω，接地極**埋在距建築物10～15m遠處，而且PLC係統的接地點必須與(yu) 強電設備的接地點相距10m以上。
　　信號源接地時，屏蔽層應在信號側(ce) 接地，不接地時應在PLC側(ce) 接地。信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接並進行絕緣處理，一定要避免多點接地。多個(ge) 測點信號的屏蔽雙絞線與(yu) 多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，並經絕緣處理。連接接地線時，應注意以下幾點：
　　①PLC控製係統單獨接地。
　　②PLC係統的接地端是抗幹擾的中性端子，正確接地可以有效消除電源係統的共模幹擾。
　　③PLC係統的接地線至少用20mm2的專(zhuan) 用接地線，以防止感應電的產(chan) 生。
　　④輸入/輸出信號電纜的屏蔽線應與(yu) 接地端子連接，且接地良好。
　　(6)外圍設備幹擾的抑製
　　①PLC輸入/輸出端子的保護
　　當輸入信號源為(wei) 感性元件，輸出驅動的負載為(wei) 感性元件時，對於(yu) 直流電路應在其兩(liang) 端並聯續流二極管。對於(yu) 交流電路，應在其兩(liang) 端並聯阻容吸收電路。其作用是為(wei) 了防止在感性輸入或輸出電路斷開時產(chan) 生很高的感應電勢或浪湧電流對PLC輸入/輸出端和內(nei) 部電源的衝(chong) 擊，若PLC的驅動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，應在PLC輸出端與(yu) 驅動元件之間增加光電隔離的過零型固態繼電器。
　　②輸入/輸出信號的防錯
　　當輸出元件為(wei) 雙向晶閘管或晶體(ti) 管而外部負載又很小時，因為(wei) 這類輸出元件在關(guan) 斷時有較大的漏電流，使輸入電路和外部負載電路不易關(guan) 斷，導致輸入/輸出信號的錯誤，為(wei) 此應在這類輸入/輸出端並聯旁路電阻，以減小PLC的輸入電流和外部負載上的電流。
　　③漏電流
　　當采用接近開關(guan) 、光電開關(guan) 等直流兩(liang) 線式傳(chuan) 感器輸入信號時，若漏電流較大，應考慮由此而產(chan) 生的誤動作，使PLC輸入信號不能關(guan) 斷。一般在PLC的輸入端子上接一旁路電阻，以減少輸入阻抗。同樣用雙向晶閘管輸出時，為(wei) 避免漏電流等原因引起的輸出元件關(guan) 斷不了，也可以在輸出端並聯一旁路電阻。
　　④浪湧電壓
　　在PLC觸點(開關(guan) 量)輸出的場合，不管PLC本身有無抗幹擾措施，都應采用RC吸收回路(交流負載)或並接續流二級管(直流負載)，以吸收感性負載產(chan) 生的浪湧電壓。
　　⑤衝(chong) 擊電流
　　用晶體(ti) 管或雙向晶閘管輸出模塊驅動白熾燈之類的負載時，為(wei) 保護輸出模塊，應在PLC輸出端並接旁路電阻或與(yu) 負載串聯限流電阻。
　　(7)電磁幹擾的抑製
　　根據幹擾模式的不同，PLC控製係統的電磁幹擾分為(wei) 共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射等在信號線上感應的電壓疊加所形成。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130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這是PLC係統I/O模塊損壞率較高的主要原因)。這種共模幹擾可為(wei) 直流，也可為(wei) 交流。差模幹擾是指作用於(yu) 信號兩(liang) 極間的幹擾電壓，主要由空間電磁場在信號間的感應以及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成的電壓。這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與(yu) 控製精度。為(wei) 了保證PLC控製係統在工業(ye) 環境中免受或減少電磁幹擾，一般采用隔離和屏蔽的方法。
　　(8)軟件抗幹擾措施
　　由於(yu) 電磁幹擾的複雜性，要根本消除幹擾的影響是不可能的，因此在PLC控製係統的軟件設計和組態時，還應在軟件方麵進行抗幹擾處理，進一步提高係統的可靠性。
　　由於(yu) 噪聲、開關(guan) 的誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，PLC的外部開關(guan) 量和模擬量輸入信號會(hui) 出現錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故。當按鈕、開關(guan) 作為(wei) 輸入信號時，則不可避免產(chan) 生抖動。如果輸入信號是繼電器/接觸器觸點，有時會(hui) 產(chan) 生瞬間跳動，引起係統誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動，定時時間根據觸點抖動情況和係統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合(或斷開)後才執行特定的任務處理。
　　對於(yu) 模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數據的可靠性。連續采樣多次，采樣間隔根據A/D轉換時間和信號的變化頻率而定。采樣數據先後存放在不同的數據寄存器中，經比較後取中間值或平均值作為(wei) 當前輸入值。常用的數字濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動平均值濾波、防脈衝(chong) 幹擾平均值濾波、算術平均值濾波、去極值平均濾波等。
　　①程序判斷濾波適用於(yu) 對采樣信號因受到隨機幹擾或傳(chuan) 感器不穩定而引起的失真進行濾波。設計時根據經驗確定兩(liang) 次采樣允許的**偏差，若先後兩(liang) 次采樣的信號差值大於(yu) 偏差，表明輸入是幹擾信號，應去掉，用上次采樣值作為(wei) 本次采樣值。若差值不大於(yu) 偏差，則本次采樣值有效。
　　②中值濾波是連續輸入3個(ge) 采樣信號，從(cong) 中選擇中間值作為(wei) 有效采樣信號。
　　③滑動平均值濾波是將數據存儲(chu) 器的一個(ge) 區域(20個(ge) 單元左右)作為(wei) 循環隊列，每次數據采集時先去掉隊首的一個(ge) 數據，再把新數據放入隊尾，然後求平均值。
　　④去極值平均濾波是連續采樣n次，求數據的累加和，同時找出其中的**值和最小值，從(cong) 累加和中減去**值和最小值，再求(n-2)個(ge) 數據的平均值作為(wei) 有效的采樣值。
　　⑤算術平均值濾波是求連續輸入的n個(ge) 采樣數據的算術平均值作為(wei) 有效的信號。它不能消除明顯的脈衝(chong) 幹擾，隻是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。
　　⑥防脈衝(chong) 幹擾平均值濾波是連續進行4次采樣，去掉其中的**值和最小值，再求剩下的兩(liang) 個(ge) 數據的平均值。它實際上是去極值平均濾波的特例。
　　在設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據進行非線性補償(chang) ，提高數據的線性度。也可采用零位補償(chang) 或自動零跟蹤補償(chang) 等方法來處理零漂，修正誤差，提高采樣數據的精度。
　　另外還可進行信號相容性檢查，包括開關(guan) 信號之間的狀態是否矛盾，模擬信號值的變化範圍是否正常，開關(guan) 量信號與(yu) 模擬量信號之間是否一致，以及各信號的時序關(guan) 係是否正確等。定時校正參考點電位，並采用動態零點，可有效防止電位漂移。采用信息冗餘(yu) 技術，設計相應的軟件標誌位，並通過設置軟件陷阱等方法來提高軟件結構的可靠性。