西门子6ES7350-2AH01-0AE0使用手册

1 引言

　　可编程序控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)，以其功能强大、通用灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单等一系列特点，获得工程技术人员的认可。但由于PLC的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。如来自电源波形的畸变、现场设备产生的电磁干扰、接地电阻的耦·合、输入元件的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。因此，研究PLC控制系统干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。

　　2干扰源分类及PLC控制系统干扰的来源

　　2.1干扰源及一般分类

　　与一般影响工业控制设备的干扰源一样，影响PLC控制系统的干扰源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。

　　干扰按照产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质的不同来分类，如图1所示。

　　2.2 PLC控制系统中干扰的主要来源

　　(1)来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场(EMI)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系统置于所射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰;二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。

　　(2)来自电源的干扰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，尤其是电网内部的变化，输入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。对于隔离性能不理想的PLC电源而言，极易受到这种干扰的影响。

　　(3)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息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这一点往往被忽视;二是信号线受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。

　　(4)来自接地系统混乱的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。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电位分布不均，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

　　3 PLC控制系统的抗干扰措施

　　采取硬件技术与软件技术相结合的方式，实现系统稳定、高效运行，具体实施如下。

　　3.1硬件抗干扰技术

　　3.1.1电源部分防干扰

　　(1)电源变压器的选用，电源变压器是电源部分常用的元件之一，电网中的干扰信号容易由此进入系统。为抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，并使其容量比实际需要大1.2—1.5倍。且使用中应注意两点：①屏蔽层要良好接地。②二次连接线要使用双绞线，以减少电源线问干扰。

　　(2)采用滤波器为了更好地抑制电网干扰，通常还可以在隔离变压器前加入滤波器，如图2示，此时隔离变压器的一次和二次连接线都要用双绞线。

　　(3)分离供电系统在系统要求高、环境较恶劣时，可将控制器I/0通道和其他设备的供电分离开来，以利于抗电网干扰。

　　3.1.2控制系统接地抗干扰设计

　　系统接地的好坏将直接关系到系统能否正常工作，良好的接地可有效地防止干扰误动作。接地的好方法如图3a所示，将控制器和其他设备分别接地，要求不高时，也可用图3b所示的共用接地，而不允许图3c所示的共通接地方式，特别是应避免与电机、变压器等动力设备共通接地。接地还应注意以下几点：①接地电阻小于100<2。②接地线要粗，一般应大于2ram2。③接地点尽量靠近控制器，其间的距离不大于50m。④接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，且尽量缩短平行走线长度。

　　3.1.3 电缆敷设的抗干扰设计

　　主要是减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。

　　在PLC柜进行柜内电缆敷设时要求做到以下几点：①模拟量输出线与数字量信号线可装在相同的非屏蔽电缆槽内。②只有屏蔽的模拟量输入信号线，才能与数字量信号线装在同一电缆槽内。③直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线装在同一电缆槽内。④信号线不能与电源线装在同一电缆槽。⑤只有屏蔽的220V电源线，才能与信号线装在同一电缆槽内。⑥PLC柜进出口的屏蔽一定要接地。

　3.1.4设备选型

　　在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如：采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作;另外是考查在类似工作中的实际应用。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高。在国外能正常工作的PLC产品，在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在引进国外产品时，按我国的标准(GB/T13926)合理选择。

　　3.1.5抑制输入、输出电路引入的干扰

　　为了抑制输入、输出信号传输线引入的干扰，PLC的输入、输出线应单独敷设在封闭的电缆槽架内(线槽外壳良好接地)。不同种类信号的输入、输出线，不能放在同一根多芯屏蔽电缆内(引线部分更不许捆扎在一起)，而且在槽架内应隔开一定距离安放，屏蔽层应当接地。在PLC的输入线较长(大约30m以上)的情况下，如果使用交流输入模块，由于感应电动势的干扰，即使没有输入信号也可能会引起误动作。因此，必要时需在输出端子两端并联电阻。另外，当PLC的输入输出端接有感性元件时，还应在感性元件的两端并联续流二极管，以抑制控制电路开断时产生的电弧对PLC的影响。续流二极管的额定电流应大于电源电压的2～5倍。对输入/输出电路的处理如图4所示。

　　3.2软件抗干扰技术

　　(1)延时确认对于开关量输入，可采用软件延时20ms对同信号作两次或两次以上读入，结果一致才可确认输入有效。

　　(2)封锁干扰某些干扰是可以预知的，例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，适当延时，在干扰消除后，再取消封锁。

　　(3)软件滤波对于模拟信号可以采取软件滤波措施，目前的大型PLC编程大都持SFC、结构化文本编程方式，这可以很方便地编制比较复杂的程序，完成相应的滤波功能。

　　(4)数字滤波[4] 现场的模拟量信号经A/D转换后变为数字量信号，存入PLC中，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声信号从而获得所需的有用信号。工程上的数字滤波方法很多，常用的有：平均值滤波法、中间值滤波法、加权滤波、滑动滤波法等。数字滤波的每一种方法可以单独使用，也可根据实际情况结合使用。

　　(5)软件容错就是在于扰不能避免的情况下，万一其对控制系统造成大的干扰而使系统出现异常时，控制系统能对其及时地进行反应并根据出错时的状态决定系统下一步补救措施。主要有以下容错技术：程序重复执行技术、对死循环作处理、软件延时。

　　4 结束语

　　PLC控制系统广泛应用，而PLC干扰问题又是一个普遍存在的问题，因此抗干扰技术显得尤为重要，应综合多方面的因素找出可能存在的干扰源，然后有针对的设计抗干扰措施，软硬件结合真正实现PLC控制系统的抗干扰，使其高效、可靠的工作。许多抗干扰措施，在系统总体设计时要一并考虑进去b]，不应等调试时再临时采取措施。