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可编程控制器(PLC)作为新一代的工业控制装置，因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便等特性，再配上各种测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。

1 影响PLC控制系统可靠性的干扰及来源

    PLC控制系统主要集中安装在主控室中，是由于其系统复杂，设备种类多，输入／输出(I／O)端口多，特别是外部的连接电缆又多又长。它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中。除了恶劣的电磁环境外，PLC系统还涉及机械振动、化学腐蚀等场合。总体来说，PLC系统的干扰主要是2种形式：电磁干扰和机械振动干扰。现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统可靠性的因素之一，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。

    1．1 电磁干扰源及一般分类

    电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急剧变化，其原因是电流改变(电压变化也同时会导致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场，对周边设备产生电磁辐射；电磁辐射又会在该设备的薄弱部位产生电位差，即电磁干扰。

    通常电磁干扰按干扰模式不同，分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差，主要由电网串人、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I／o模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。

    1．2 PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径

    1)电网干扰。普通供电网络，由于电网覆盖范围广，电网上会有各种各样的用电设备。电源设备的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路上感应出电压而在PLC系统所处空间形成电磁干扰，这些电压噪声会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路中，给系统造成极大的危害。所以PLC如果直接从公用电网供电，将是很危险的。

    2)柜内干扰。如果PLC系统与其他大电感设备、高电压设备混装，控制柜内的高压电器，大电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

    即使PLC系统只与小容量电器安装在一起，这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。

    3)信号线干扰。与PLC控制系统相连的各类信号线，除了传输各类有效的信息之外，还会有外部干扰信号侵入。外部干扰主要有2种：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，这往往被忽视；二是信号线受空间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。信号线干扰会引起I／0信号工作异常并大大降低测量精度，严重时将损伤元器件。

    4)接地系统的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，可以抑制电磁干扰的影响，还可抑制设备向外发出干扰；模拟电路的影响，逻辑地与模拟地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

    5)变频器的干扰。变频器启动和运行过程中产生的谐波可以对电网产生传导干扰，从而引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；变频器的输出也会产生较强的电磁辐射干扰，进而影响周边设备的正常工作。

    1．3 非电磁干扰

    1)由于机械拉扯，线路自身老化等原因造成传输信号时断时续，现场信号无法准确地传送给PLC，造成控制出错。

    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。

    3)现场执行变送器、机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：①控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；②各种电动阀、电磁阀开、关不能到位，使得执行机构无法按PLC的理想控制要求动作，导致系统无法正常工作，降低了系统可靠性。

2 主要抗干扰措施

    2．1 电源的合理处理。抑制电网引入的干扰

    对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。好采用专用的净化电源。PLC的CPU部分与I／0部分分别供电，以避免I／0外部回路短路造成PLC停机。

    2．2 安装与布线
 
    1)安装。PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200 mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。

    2)柜内布线。柜内导线尽量按照不同的电压等级及类别分别走线，电源线采用双绞线。如必须在同一线槽内，分开捆扎交流信号线、直流信号线。

    3)柜外布线。PLC的输入与输出、开关量与模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于1 Q。不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆中，交流信号与直流信号不能安排在同一根电缆中。

IEC61131-3的XML格式及其应用

    随着IEC61131-3标准被广泛接受，经济竞争的环境日益严峻，而在工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下，希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节，为规范它与其他环节间的数据交换的接口，有必要提供为实现IEC61131-3编程的数据交换规范。通过为IEC61131-3规定一种XML的格式，倡导一种开发环境，使得在此基础上构成统一的工程软件平台。

    利用PLCopen规范的XML格式，来实现不同软件工具的数据交换：为统一的工程平台实现不同控制功能的编程、组态提供基础；为统一的工程平台实现设计、调试、运行操作、维护各阶段功能的前后衔接提供基础；进行不同硬件平台定义的I/O变量和内部变量直接的变换，为控制程序无障碍移植创造前提条件。包括文本化编程语言、图形化编程语言、结构化编程语言、图形信息、数据类型等信息，都可用XML的格式予以表达。

    举例来说，由德国的汽车制造商Daimler发起，联合了ABB、KUKA、RockwellAutomation、Siemens等工业企业以及一些软件和服务商，成立了AutomationML（AutomationMarkupLanguage）组织，为的就是通过共同定义数字化工厂的一种中间格式——自动化标记语言AutomationML，并进行标准化。AutomationML标准是一种免费的开放标准，主要用于制造自动化，包括机器人和物流，但不局限于此。其创新主要在于：在一个单一的根格式（XML格式）下将许多重要工程方面所接受的标准综合起来予以应用。

IEC61131-3的OPCUA信息模型

    建立IEC61131-3的OPCUA信息模型的目的在于提高控制器和可视化装置（人机界面）、上位信息系统之间通信的复用性。从长期应用的观点看，将明显提高工程流程的效率和显著降低工程成本。设想当某个PLC项目中有许多控制平台由不同的供应商提供，如果用一种可视化工具或MES/ERP，从这些控制平台的外部来看，他们完全是一样的。PLCopen之所以选择OPCUA，是因为使用OPC的统一架构解决了如下问题：在监控层面如何发现与之通信的对象；如何使通信对象的数据、复杂数据和功能性是完全可利用的；如何使通信可靠、可执行，又与操作系统和编程语言无关；如何确保信息安全。

    在2009年德国纽伦堡SPS/IPC/Drives展会、2010年HMI展会以及2010年灯光和建筑展会上分别展出了由多个供应商采用OPC的IEC61131-3信息模型的实物演示。

嵌入式PLC的发展趋势与潜力

    根据《ControlDesign》杂志的调查，2009年美国机械行业的PLC用户占2/3，PAC和PC控制合起来只占13%，而嵌入式PLC仅占5%。这可以说明，嵌入式PLC具有很大的发展空间。

    目前，嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色；

    国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模入通道的嵌入式PLC；还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。

    嵌入式PLC在我国具有较广阔的发展空间，首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比全球优的设计开发队伍。我们完全可以以低的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。

    同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SoC芯片、嵌入式操作系统与符合IEC61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。

    在目前环境下开发通用PLC的技术不难突破，但抢占市场需要大量财力和人力资源投入。在市场已被为数不多的几家大公司稳固瓜分的，走这样的路线似乎事倍功半。我国小型PLC近年来也有可喜进步的实践，也同样证明了这一判断。