可編程控制器(PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，專業(yè)為工業(yè)而設(shè)計(jì)的, 操作方便的數(shù)字式電子裝置。PLC zui初僅僅是為了替代繼電器控制系統(tǒng)而存在，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它漸漸綜合了
計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了繼電器系統(tǒng)的功能，在鋼鐵、化工、制造等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行, 而系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，雖然PLC 在設(shè)計(jì)和制造過程時(shí)廠家已采取了多層次的抗干擾措施, 具有一定的穩(wěn)定性和可靠性,但由于PLC 的應(yīng)用范圍越來越廣,應(yīng)用區(qū)域越來越復(fù)雜, 所以受到的干擾也就越來越多。過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)那闆r下，都有可能引起PLC 內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件的損壞。因此,研究PLC 控制系統(tǒng)干擾的來源問題、以及如何確保其可靠性等問題尤其具有現(xiàn)實(shí)意義。
1、干擾來源的分析
1.1 來自信號(hào)線的干擾
PLC 系統(tǒng)連接有各種信號(hào)線，這種信號(hào)線的連接方式根據(jù)梯形圖的變化而不同，然而無論何種線路，信號(hào)線之間的相互干擾以及信號(hào)線對(duì)于外界空間的電磁輻射感應(yīng)是不可避免的，這種稱之為電磁干擾。這種干擾會(huì)導(dǎo)致I/O口工作異常，從而影響工業(yè)測量的準(zhǔn)確性，還會(huì)對(duì)儀器造成嚴(yán)重?fù)p害。
1.2 來自電源的干擾
電源是干擾進(jìn)入可編程控制器的主要途徑之一，電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電設(shè)備是主要的干擾源。
1.3 來自感性負(fù)載的干擾
感性負(fù)載具有儲(chǔ)能的作用，當(dāng)控制觸點(diǎn)斷開時(shí)，電路中的感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生高于電源電壓接近數(shù)十倍的反電動(dòng)勢，這種情況從外觀是不容易覺察到的；觸點(diǎn)吸合時(shí)，觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，
從而產(chǎn)生電弧，電弧危害是一種非常嚴(yán)重的電氣危害。
1.4 來自接地情況的干擾
在工業(yè)控制現(xiàn)場，電器設(shè)備頻繁啟停，動(dòng)力線路與控制線路結(jié)構(gòu)緊密，這種情況存在嚴(yán)重的磁場干擾。這種干擾也是電磁干擾。
2、增強(qiáng)PLC 可靠性的設(shè)計(jì)方案
PLC 的可靠性工程是一個(gè)系統(tǒng)的工程，要求在工業(yè)設(shè)計(jì)，安裝布線，系統(tǒng)維護(hù)中都給予全面的考慮，這樣才能保證PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。具體到設(shè)計(jì)可靠性方案時(shí)，我們首先應(yīng)該從系統(tǒng)引線部分進(jìn)行屏蔽，然后對(duì)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線部分進(jìn)行改造，分層布置，zui后才是對(duì)感性負(fù)載的處理以及接地方案的準(zhǔn)備。
2.1 安裝與布線的方案
PLC 控制系統(tǒng)的布線應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管、變頻器、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備等，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。輸入與輸出分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)，以防外界信號(hào)干擾。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，且避免并行。
輸入接線一般不要超過30m。但是如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)延長。當(dāng)數(shù)字量輸入、輸出線不能與動(dòng)力線分開布線時(shí)，可用繼電器來隔離輸入、輸出線上的干擾。當(dāng)信號(hào)線距離超過300m 時(shí)，應(yīng)采用中間繼電器來轉(zhuǎn)接信號(hào)，或使用PLC 的遠(yuǎn)程I/O 模塊。I/O線與電源線應(yīng)分開走線，并保持一定距離。如不得已要在同一線槽中布線，應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同電纜，如果I/O 線的長度超過300m 時(shí)，輸入線與輸出線應(yīng)分別使用不同的電纜；數(shù)字量、模擬量I/O 線應(yīng)分開敷設(shè)，后者應(yīng)采用屏蔽線。如果模擬量輸入/ 輸出信號(hào)距離PLC 較遠(yuǎn)，應(yīng)采用4～20mA 或0～10mA 的電流傳輸方式，而不是電壓傳輸方式，因?yàn)殡妷簜鬏敺绞椒浅Ｈ菀资艿礁蓴_。
2.2 電源和感性負(fù)載的處理
對(duì)于電源的處理：在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊希梢栽诳删幊绦蚩刂破鞯慕涣麟娫摧斎攵思咏訋帘螌拥母綦x變壓器和低通濾波器，隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來干擾，提高抗高頻共模干擾能力，屏蔽層應(yīng)接地。PLC 供電系統(tǒng)一般采用以下幾種方案;
a.使用隔離變壓器供電系統(tǒng)。本方案是傳統(tǒng)的抗干擾措施, 對(duì)電網(wǎng)尖峰脈沖干擾有很好的效果。它抗干擾的原理是原邊對(duì)高頻干擾呈現(xiàn)很高的阻抗,而位于原邊、副邊繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了原、副邊所產(chǎn)生的分布電容,因此原邊繞組只存在對(duì)屏蔽層的分布電容, 高頻干擾通過這個(gè)分布電容而被旁路引入地。
b.使用UPS 供電。UPS 是個(gè)人PC 上常用的有效保護(hù)裝置，當(dāng)輸入交流電失電時(shí)，UPS 根據(jù)不同的容量能繼續(xù)向PLC 控制器供電10～30 分鐘。采用UPS 供電不僅能提高PLC 的供電安全可靠性,也能有較強(qiáng)的抗干擾隔離。
c.采用電源濾波器濾除尖峰脈沖干擾。電源濾波器zui基本的作用就是抑制傳導(dǎo)干擾, 它既能防止PLC 電磁波的外泄,又能避免受到外來輻射的干擾,并能有效濾除尖峰脈沖。
對(duì)感性負(fù)載的處理：PLC 控制系統(tǒng)在輸入、輸出端有感性負(fù)載時(shí)，對(duì)于交流輸入、輸出信號(hào)，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C 和電阻R，而對(duì)于直流輸入、輸出信號(hào)，則要并接續(xù)二極管D，二者的處理方法類似。對(duì)于交流輸入、輸出信號(hào)的情況如圖1 所示。圖1 電路中的C、R 要選擇合適的值，一般負(fù)載容量在10VA 以下的，選取C為0.1uF，R 為120Ω；負(fù)載容量在10VA 以上時(shí)，選取C 為0.47uF，R 為47Ω。當(dāng)PLC 輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載為電磁閥或交流接觸器線圈時(shí)，在輸出與負(fù)載元件之間增加繼電器進(jìn)行隔離，其抗干擾性則會(huì)更好。
2.3 接地方案
良好的接地是PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件。常用的接地方式有浮地、直接接地和電容接地三種方式。PLC 控制系統(tǒng)屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分
布電容和輸入裝置濾波等的影響，設(shè)備之間的信號(hào)交換頻率一般都比較小，所以PLC 控制系統(tǒng)接地線大多采用并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，部件的中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極，由于是并聯(lián)接地，各個(gè)電路的地電位只與自身的地線阻抗和地電流有關(guān)，互相之間不會(huì)造成耦合干擾，故有效地克服了公共地線阻抗的藕合干擾問題。需要提出的是，在選擇地線的時(shí)候還是應(yīng)該選擇較粗一點(diǎn)，以減小各點(diǎn)之間的電位差，接地線要采用橫截面積大于2mm2 的銅導(dǎo)線，接地極的接地電阻小于100Ω，接地極埋在距建筑物10～15m 和遠(yuǎn)處，接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m 以上。
3、增強(qiáng)PLC 可靠性的其它方案
有時(shí)候硬件措施不一定能*消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對(duì)提高PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性有很好的作用。主要從兩個(gè)方面入手，首先是從故障的檢
測和診斷方面。大量的工程實(shí)踐表明，PLC 外部輸入、輸出設(shè)備的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC 本身的故障率，而這些設(shè)備出現(xiàn)故障后，PLC 一般不能覺察出來，可能使故障擴(kuò)大，直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動(dòng)作后才停機(jī)，有時(shí)候甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。所以為了PLC 可靠性的考慮，可以用PLC 程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。另一個(gè)方面是消除預(yù)知干擾。某些干擾是可以預(yù)知的，如PLC的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如大功率電動(dòng)機(jī)、電磁鐵）動(dòng)作，常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號(hào)，他們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能使PLC 接受錯(cuò)誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可以用軟件封鎖PLC 的某些輸入信號(hào)，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖。
PLC 控制系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)關(guān)系到方方面面的問題,除了干擾問題，還有穩(wěn)定性問題都會(huì)影響這個(gè)PLC 系統(tǒng)的運(yùn)作。因此在可靠性分析中應(yīng)綜合考慮各方面的因素, 合理有效地抑制抗干擾,增強(qiáng)穩(wěn)定性,只有能夠抓住問題的實(shí)質(zhì)，才能夠使PLC 控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作。