1 前 言
工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)控制系統(tǒng)的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)。分散型控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制器（PLC）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）、工業(yè)控制機(jī)（IPC）以及各種測(cè)量控制儀表已是構(gòu)成工業(yè)自動(dòng)化的主要硬件設(shè)施。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和控制系統(tǒng)集成化程度的提高，大規(guī)模集成芯片內(nèi)單位面積的元件數(shù)越來(lái)越多，所傳遞的信號(hào)電流也越來(lái)越小，系統(tǒng)的供電電壓也越來(lái)越低，現(xiàn)已降到5V、3V乃至1.8V。因此，芯片對(duì)外界的噪聲也越趨敏感，所以顯示出來(lái)的抗干擾能力也就很低。再則，相對(duì)于其它的電子信息系統(tǒng)，控制系統(tǒng)不但系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備多，輸入/輸出（I/O）端口多，特別是外部的連接電纜又多又長(zhǎng)，這類(lèi)似于拾取噪聲的高效天線，給噪聲的耦合提供了充分的條件，使得各種噪聲容易侵入控制系統(tǒng)。
PLC具有編程簡(jiǎn)單、通用性好、功能強(qiáng)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，特別是采用了高集成度的微電子器件，具有很高的可靠性，能較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中。現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中所使用的PLC，主要是集中安裝在主控室，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，很容易被周?chē)蓴_源干擾而引起控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)的正常工作,因此必須重視系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。為防止干擾,可以采用硬件和軟件相結(jié)合的抗干擾方法。
2 PLC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)
可編程控制器硬件系統(tǒng)由PLC、功能I/O單元和外部設(shè)備組成，如圖1所示。其中PLC由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O模塊、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)接口和電源等部分組成，各部分之間由內(nèi)部系統(tǒng)總線連接。
圖1 PLC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)
3 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾類(lèi)型
3.1 空間輻射干擾
空間的輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備、雷電、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、大型整流設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱(chēng)為輻射干擾。電氣設(shè)備、電子設(shè)備的高密度使用，使空間電磁波污染越來(lái)越嚴(yán)重，這些干擾源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無(wú)規(guī)律。空間輻射干擾以電磁感應(yīng)的方式通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的殼體、導(dǎo)線等形成接收電路，造成對(duì)系統(tǒng)的干擾。若此時(shí)PLC置于其輻射場(chǎng)內(nèi)，其信號(hào)、數(shù)據(jù)線和電源線即可充當(dāng)天線接受輻射干擾。此種干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的大小，特別是與頻率有關(guān)，一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。
3.2 電源的干擾
PLC系統(tǒng)一般由工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)供電。工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設(shè)備的啟動(dòng)、停機(jī)等，可能引起電源過(guò)壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾，這些電壓噪聲均會(huì)通過(guò)電源內(nèi)阻耦合到PLC系統(tǒng)的電路，給系統(tǒng)造成極大的危害。
3.3 來(lái)自信號(hào)傳輸線上的干擾
除了傳輸有效的信息外，PLC系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線總會(huì)有外部干擾信號(hào)的侵入。由信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起I／O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。若系統(tǒng)隔離性能較差，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作甚至死機(jī)。
3.4 數(shù)字電路引起的干擾
數(shù)字集成電路引出的直流電流雖然只有mA級(jí)，但是當(dāng)電路處在高速開(kāi)關(guān)時(shí)，就會(huì)形成較大的干擾。例如，TTL門(mén)電路在導(dǎo)通狀態(tài)下從直流電源引出5mA左右的電流，截至狀態(tài)下則為lmA，在5ns的時(shí)間內(nèi)其電流變化為4mA，如果在配電線上具有0.5μH的電感，當(dāng)這個(gè)門(mén)電路改變狀態(tài)時(shí)，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為：
U＝L×di/dt＝0.5×10－6×4×10－3 /5×10－9＝0.4V
如果把這個(gè)數(shù)值乘上典型系統(tǒng)的大量門(mén)的數(shù)值，雖然這種門(mén)電路的供電電壓僅為5V，但所引起的干擾噪聲將是非常嚴(yán)重的。
在處理脈沖數(shù)字電路時(shí)，對(duì)脈沖中包含的頻譜應(yīng)有一個(gè)粗略概念，如果脈沖上升時(shí)間t已知，可用近似公式求出其等效最高頻率：fmax＝1/2πt1.4 PLC系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾。
4 PLC系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)
4.1接地抗干擾設(shè)計(jì)
接地在消除干擾上起很大的作用，良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接以專(zhuān)用地線，接地線與動(dòng)力設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的接地點(diǎn)應(yīng)分開(kāi)，若達(dá)不到此要求，則可與其它設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地。接地電阻要小于5Ω，接地線要粗，面積要大于2平方毫米，而且接地點(diǎn)最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)電回路，若無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長(zhǎng)度。
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