一、引言
可编程序控制器简称PLC，它是一种特殊的控制计算机，具有编程简单、通用性好、功能强等优点。广泛应用于工业控制领域和大型的医疗设备中，它直接连接被控设备的电子设备。因此很容易被周围干扰源干扰而引起控制系统产生误动作。为了让控制系统稳定工作，提高可靠性，在系统设计与安装时应采取一定的抗干扰措施。
二、PLC控制系统中常见的干扰因素
（一）空间辐射干扰
电气设备、电子设备的高密度使用，使空间电磁波污染越来越严重，这些干扰源产生的辐射波频率范围广，且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路，造成对系统的干扰。
（二）信号通道干扰
1．共模干扰
共模干扰对系统的放大电路形成干扰较大，系统的各种信号电流通过电源内阻和公共地线阻抗，都会产生干扰电压，形成共模干扰。
2．静电柏台千犰
电路之间的寄生电容使系统内某一电路信号的变化影响其他电路，形成静电耦合干扰，只要电路中有尖峰信号和脉冲信号等频率高的信号存在，就有静电耦合干扰存在。
3．传导耦合干扰
系统的信号在传输过程中容易出现延时、变形并接收干扰信号，形成传导耦合干扰。
（三）电源干扰
PLC系统一般由工业用电网络供电。工业系统中的某些大设备的启动、停机等，可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰，这些电压噪声均会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路，给系统造成极大的危害。
（四）数字电路引起的干扰
数字集成电路引出的直流电流虽然只有mA级，但是当电路处在高速开关时，就会形成较大的干扰。例如，TTL门电路在导通状态下从直流电源引出5mA左右的电流，截至状态下则为lmA，在5ns的时间内其电流变化为4mA，如果在配电线上具有0.5μH的电感，当这个门电路改变状态时，配电线上产生的噪声电压为：
U=L x di/dt=0.5x 10-6 x 4x10-3 /5x10-9=0.4V
如果把这个数值乘上典型系统的大量门的数值，虽然这种门电路的供电电压仅为5V，但所引起的干扰噪声将是非常严重的。
在处理脉冲数字电路时，对脉冲中包含的频谱应有一个粗略概念，如果脉冲上升时间t已知，可用近似公式求出其等效最高频率：
fmax=1/2πt
三、PLC系统中的抗干扰设计
（一）电源部分的抗干扰设计
电源变压器是电源部分的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要大1.2～1.5倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。对于PLC的控制器电源，如果条件许可，还可在隔离变压器前加入滤波器，此时变压器的初级和次级连接线均要使用双绞线，如图1所示。这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱，增强了系统的可靠性。
图1 滤波器和隔离变压器的连接
PLC供电系统可采用如下方式，控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时，而不会影响其他部分，如输入、输出供电中断时，控制器仍能继续供电，提高了系统的可靠性，如图2所示。对于供电质量缺乏保证时（非长时间停电），控制器可利用UPS不间断电源供电，即将控制器前面的屏蔽变压器改为UPS不间断稳压电源。对于一些重要的设备（医疗设备等），为了提高系统的可靠性，交流供电电路可采用双路供电系统。
图2 使用隔离变压器的供电系统
（二）输入输出信号的抗干扰设计
为了防止输入、输出信号受到干扰，应选用绝缘型I/O模块。
1．输入信号的抗干扰设计
输入信号的输入线之间的差模干扰可以利用输入模块滤波来减小干扰，而输入线与大地间的共模干扰可通过控制器的接地来抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响，可采用硬件的可靠性容错和容差设计技术，即在负载两端并联电容C和电阻R，对于直流输入信号，可并接续流二极管D，具体电路如图3所示。
（a） 交流输入信号的抗干扰 （b） 直流输入信号的抗干扰
图3 输入信号抗干扰设计
对于图3中CR的选择应适当，一般负载容量在10VA以下时，应选C为0.1μF，R为120Ω，当负载容量在10VA以上时，应选C为0.47μF，R为47Ω。
2．输出电路的抗干扰设计
对于PLC系统为开关量输出，可有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。具体选择要根据负载要求来决定。若负载超过了PLC的输出能力，应外接继电器或接触器，才可正常工作。
PLC输出端子若接有感性负载，输出信号由OFF变为ON或从ON变为OFF时都会有某些电量的突变而可能产生干扰。在设计时应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点，如图4所示。对于直流负载，通常是在线圈两端并联续流二极管D，二极管应尽可能靠近负载，二极管可为1A的管子。对于交流负载，应在线圈两端并联RC吸收电路，根据负载容量，电容可取0.1μF～0.47μF，电阻可取47Ω～120Ω，且RC尽可能靠近负载。
直流负载 交流负载
图4 PLC输出触点的保护
对于大容量负载电路，由于继电器或接触器在通断时会产生电弧干扰，因此须在主触点两端连接RC浪涌吸收器，如图5（A）所示，若电动机或变压器开关干扰时，可在线间采用RC浪涌吸收，如图5（B）所示。
图5 大容量负载抗干扰设计
（三）外部配线的抗干扰设计
外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线，要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而在控制器侧要接地。具体电路设计如图6所示。配线时在30米以下的短距离，直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆，如果要走同一配线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30米～300米距离的配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300米以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。
图6 屏蔽电缆的处理方法
（四） PLC装置的接地设计
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件之一，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相联，基本单元必须接地，如果选用扩展单元，其接地点与基本单元接地点接在一起。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应给PLC接以专用地线，接地线与动力设备（如电动机）的接地点应分开，若达不到此要求，则可与其他设备公共接地，严禁与其他设备串联接地，具体设计如图7所示。另外接地电阻要小于100ft，接地线要粗，接地面积要大于2平方毫米，而且接地点最好靠近PLC装置，其间的距离要小于50米，接地线应避开强电回路，若无法避开时，应垂直相交，缩短平行走线的长度。
（a） 最好 （b） 可以 （c） 不允许
图7 PLC系统接地设计
四、结论
PLC控制系统的抗干扰设计是系统的一个重要组成部分，本文只从硬件部分加以讨论。在软件编程上也可以利用软件的冗余设计技术设计一些程序，来屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在实际应用时可以同时利用硬件和软件的抗干扰技术，让PLC系统满足要求，并能达到一个理想的工作状态。
