PLC控制系统的抗干扰设计

    目前，还没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可靠性。三菱公司已宣布，今后其公司生产的可编程控制器不再标注可靠性这一指标，因为可编程控制器的高可靠性，这一指标已毫无意义。但PLC的外围设备对整个PLC控制系统的可靠性影响仍须引起注意。

    (1)保护PLC输出点不被意外损坏

    当PLC输出点与外接电路连接不当（如直接与大电感负载相连）时，很容易引起PLC输出接点被烧毁。在感性负载中加入抑制保护电路，可以限制负载关断时电压的突然升高，达到保护PLC输出端电路和提高系统的可靠性与稳定性的目的。下面列出几种常用的抑制保护电路。

    1)晶体管输出型PLC的抑制保护电路

    晶体管输出点内部集成有诸如齐纳二极管的保护电路可以适应大多数的应用。对于大电感或频率开关的感性负载，需要使用外部抑制二极管来防止内部元件的击穿。图7.2为直流晶体管输出型PLC的典型抑制保护电路。图中，“(1)”为IN4001二极管或类似器件，“(2)”为8.2V、5W齐纳二极管。

 

    图7.2  晶体管输出型PLC的抑制保护电路

    (a)二极管抑制保护电路；(b)齐纳二极管抑制保护电路

    2)继电器输出型PLC的抑制保护电路

    如图7.3所示的阻一容电路，应用于低压（30V以下）直流继电器输出型PLC的抑制保护电路（将电阻一电容网络跨接在负载上）。

    3)晶闸管输出型PLC的抑制保护电路

    当使用继电器或晶闸管输出去驱动110V/220V压敏电阻时，抑制保护电路如图7.4所示。将电阻一电容网络跨接在输出继电器接点或晶闸管输出端；还需要用一个压敏电阻(RY)以抑制尖峰电压。压敏电阻的工作电压至少要比供电峰值电压大20%。图7.4中对于继电器输出型R>0.5×V（有效值），对于晶闸管输出型R最小为10Ω，对于每IOVA的额定负载，电容值选为C =0. 002 -0.005μF之间。输出断开时电容器C有一定的漏电流流过。

 

    图7.3  继电器输出型PLC的抑制保护电路

 

    图7.4

    (2)保护PLC通信口不被烧毁

    PLC的通信信号一般是非隔离的。当不共地的非隔离设备构成网络时，通信电缆内会形成地电流，这种电流会导致通信错误，甚至损坏设备电路。因此，当将PLC和其他设备通过通信口连接成网时，要特别注意以下几点：

    ①选择相同的接地参考点。

    ②选用隔离的RS485/RS-232转换器。

    ③当不具备共同电气参考地的设备构成网络时，可在网络中加入RS485/RS-485或RS232/RS232中继器。

    (3)抗电气噪声干扰的措施

    不正确的接地和电气控制柜内走线（布线）不合理，均会导致PLC受电气噪声干扰而不能正常工作。为避免此类故障的发生，要注意以下几点：

    ①系统应正确、良好地接地。

    ②低电压信号电缆与高压动力电缆应独立走线。

    ③将PLC上24VDC传感器电源的负端接地。

    ④I/O分配时输入输出模块各应尽可能相对集中地安排，防止输出信号对输入信号的干扰，并做到便于布线。

    ⑤当对输入信号检测频率要求不高时，可以将输入点的输入信号滤波时间延长。

    (4)保证模拟量输入信号采样值的稳定

    模拟量信号在受到干扰后会变得不稳定。这些干扰可能是：

    ①来自电源的电气噪声干扰；

    ②来自输入端的电气噪声干扰；

    ③不正确的接地；

    ④模块本身并不提供对工频噪声的滤波。

    针对上述情况，在使用模拟信号时，应注意以下几点：

    ①由于模块返回的采样值未经滤波，所以必要时，须在用户程序中加入滤波子程序。

    ②正确安装模拟量模块并进行校准。传感器导线尽可能短；使用屏蔽双绞线，仅在传感器终端一点接地，未用的输入通道要短接，避免信号线与功率导线平行，从而消除来自传感器信号线的噪声。

    ③确保传感器电源无噪声干扰并且稳定。

    (5)保证CPU运转正常，避免系统故障灯亮

    一般来讲，系统故障灯是由两种错误点亮：用户程序有问题和电气噪声干扰。

    从CPU读出致命错误代码，由此作出相应判断和处理。如果是用户程序有问题，要进行修改直到程序完全正确为止；如果是电气噪声干扰，应该注意检查上面讲述的关于保护PLC避免电气噪声干扰的各项注意事项是否得到很好的遵守，以消除干扰。

    (6)保证扩展I/O模块与CPU连接良好

    当扩展模块与CPU连接不好时，系统运转不正常。

    (7)保护CPU电源不被破坏

    电源线上的尖峰电压串入PLC，是造成CPU电源损坏的主要原因。因此，在供电电源质量不好时，要注意观察电压冲击的周期和频率，并依此在系统中加入合适的电源净化装置。