PLC控制系统输入/输出及布线抗干扰

    1)交流量回路的电磁兼容

    交流量回路主要是交流模块的输入回路，该回路输入部分一般是1A或5A的交流电流信号以及24V或230V的交流电压信号，这些信号相对于PLC控制系统来说都是强电信号，该回路的输出部分一般是直接送给A/D的标准电压信号(0～5V，0～10V，-10～10V)，由A/D进行模数转换后送给CPU进行处理，所以其输出信号是与后面的微处理器系统有直接联系的弱电信号。这些强电信号与弱电信号之间的关系处理不好，将对PLC控制系统的EMC带来非常大的影响。

    由于EMI是直接由现场的引线进入PLC内部的，所以信号回路要尽量短，并且不能互相交叉，以减少它们彼此之间的相互干扰。在电路设计上，信号前端应考虑增加滤波电路，信号输出与A/D之间也应该有滤波或隔离电路。信号放大电路可考虑采用差动放大电路，以减少共模干扰带来的影响。对于正常工作中不使用的交流通道不要让它悬空，在其入口和出口（A/D之前）处采取短接或接地。

    2)开关量回路的电磁兼容

    开关量回路包括开关量输入回路，开关量输入回路主要是采集现场一些诸如限位开关的位置等二进制信息，开关量输出回路主要用于将PLC控制系统发出的指令输出以控制相应的对象。这些回路一般也是强电信号，而这些信号又都直接与CPU有联系，开关量输入信号经过变换送入CPU进行处理，开关量输出信号是由CPU经过综合各种信息后作出判断并输出，所以必须对这些回路进行处理，减少外来的EMI对内部弱电电路的影响。

    开关量输入回路的前级信号变换部分应考虑采用滤波，开关量输入信号送给CPU之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离，而且两级光电隔离效果会比较好，在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设一级光电隔离。

    当信号工作频率小于1MHz的低频电路采用一点接地，当信号频率大于10MHz时，如用一点接地，其地线长度不能超过波长的1/20，否则应采用多点接地。

    3)输出信号的抗干扰

    从抗干扰的角度出发，选择I/O模块的类型是非常重要的。在干扰多的场合，可选用绝缘型的I/O模块和装有浪涌吸收器的模块，可以有效地抑制输入、输出信号的干扰。输出端接线分为独立输出和公共输出，在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。

    开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦或继电器进行隔离，而且两级隔离效果会比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都是用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波电路。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。

    如果模拟量I/O信号距离PLC较远，应采用4～20mA的电流传输方式，而不能采用易受干扰的电压传输方式。传输模拟输入信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，同时为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻值要小于屏蔽电阻的1/10，且要将屏蔽层的两端接地。若无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰，也可一端接地。

    4) PLC控制系统布线抗干扰措施

    ①电源线布线及接地

    a．PLC的电源线和I/O线应分别配线，电源隔离变压器两端应采用双绞线或屏蔽电力电缆连接。将PLC电源线与I/O线分开走线，不同类型的线应分别敷设在不同的电缆管和电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。

    b．交流线与直流线应分别使用不同的电缆，分开捆扎交流线、直流线，并分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。

    c．通过共用的接地线传播干扰是干扰传播的最普遍的方式，将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一干扰途径的根本方法，即将动力装置的接地端子接到地线上，将PLC的接地端子接到该装PLC柜的金属外壳上。PLC控制系统接地母线应与动力电缆的屏蔽层相连接，确保滤波器、PLC控制系统和屏蔽层之间接地等电位。

    ②输入、输出线布线

    PLC的输入接线一般指外部传感器与输入端口的接线，PLC一般接收行程开关、限位开关等输入的开关量信号。连接按钮、限位开关、接近开关等外接电气部件提供的开关量信号对电缆无严格要求，故可选用一般电缆。若信号传输较远，可选用屏蔽电缆；模拟信号和高速信号线应选用屏蔽电缆。不同的信号线最好不用同一插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分割开，以减少相互干扰。

    尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与动力线路隔离。输入、输出信号线应穿入专用电缆管或独立的线槽中敷设，专用电缆管或独立线槽的敷设路径应尽量靠近地线或接地的金属导体。当信号线长度超过300m时，应采用中间继电器转接信号或使用PC的远程I/O模块。若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能超过两只。信号线靠近有干扰源电流的导线时，干扰会被感应到信号线上，使信号线上的传输信号受到干扰，布线分离对消除这种干扰行之有效。在输入、输出接线及布线时还应特别注意以下几点。

    a．输入接线一般不要超过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。

    b．输入、输出线不能用同一根电缆，PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。

    c．尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，以便于阅读。

    d．PLC的输入、输出回路配线，必须使用压接端子或单股线，不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端子连接，否则容易出现火花。

    e．如果环境对辐射干扰敏感的话，应对电力电缆屏蔽，在PLC控制系统处，采用不锈钢卡环使屏蔽层与安装板连接而接地，以限制射频干扰，也可把电缆穿在金属管路中敷设。若线路较长，应采用合理的中继方式。

    ③PLC柜内的布线

    PLC机柜通常作为PLC控制系统内部的参考电位，因此，必须尽量减小流过用于安装PLC机柜背板中的噪声电流，防止出现PLC控制系统的PE端与本系统中远端其他相关电子设备参考电位之间的噪声电压，以保证系统的可靠性。