控制系统PLC的可靠性设计

(a) plc控制系统单独接地。

(b) plc系统接地端子是抗干扰的中性端子，应与接地端子连接，其正确接地可以有效消除电源系统的共模干扰。

(c) plc系统的接地电阻应小于100ω，接地线至少用20mm2的专用接地线，以防止感应电的产生。

(d)输入输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子端连接，且接地良好。

(2) 电源线、i/o线与动力线

动力电缆为高压大电流线路，plc系统的配线靠近时会产生干扰，因此布线时要将plc的输入输出线与其它控制线分开，不要共用一条电缆。外部布线时应将控制电缆、动力电缆、输入输出线分开且单独布线，它们之间一般应保持30cm以上一定的间距。当实际情况只能允许在同一线槽布线时，应用金属板把控制电缆、动力电缆、输入输出线间隔开来并屏蔽，金属板还必须接地。隔离变压器二次侧的电源线要采用2mm2以上的铜芯聚氯乙烯绝缘双绞软线。经过这样处理的电源线、输入、输出线与动力线就可以减少外界磁场及它们之间的干扰。

4.3 外围设备干扰的抑制

(1) plc输入与输出端子的保护

当输入信号源为感性元件，输出驱动的负载为感性元件时，对于直流电路应在它们两端并联续流二极管。对于交流电路，应在它们两端并联阻容吸收电路。采取以上措施是为了防止在电感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电势或浪涌电流对plc输入、输出端点及内部电源的冲击，当plc的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈，应在plc输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器ac-ssr。

(2) 输入与输出信号的防错

当输入信号源为晶体管，或是光电开关输出类型时，当输出元件为双向晶闸管，或是晶体管输出，而外部负载又很小时，会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流，使输入电路和外部负载电路不能关断，导致输入与输出信号的错误，为此应在这类输入、输出端并联旁路电阻，以减小plc输入电流和外部负载上的电流。

(3) 漏电流

当采用接近开关、光电开关等dc两线式传感器输入信号时，若漏电流较大时，应考虑由此而产生的误动作，使plc输入信号不能关断。一般在plc 输入端子上接一旁路电阻以减少输入阻抗。同样用双向可控硅为输出时，为避免漏电流等原因引起输出的元件关断不了，也可以在输出端并联一旁路电阻。

(4) 浪涌电压

在控制器触点(开关量)输出的场合，不管控制器本身有无抗干扰措施，都应采用rc吸收(交流负载)或并接续流二级管(直流负载)，以吸收感性负载产生的浪涌电压。

(5) 冲击电流

用晶体管或双向可控硅输出模块驱动白炽灯之类的有较大电源负载时，为保护输出模块，应在plc输出端并接旁路电阻或与负载串联限流电阻。

4.4 电磁干扰的抑制

根据干扰模式的不同，plc控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰，共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达 130v以上。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plc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。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成共模干扰所形成的电压，这种电压叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。为了保证plc控制系统在工业环境中免受或减少内外上述电磁干扰，必须采取3个方面抑制措施：抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力。通常一般采用隔离和屏蔽的方法来实现。

4.5 安装中的抗干扰措施

plc控制系统所处的环境对其自身抗干扰也有一定的关系，因此在安装时应注意以下几个方面。

(1)滤波器、隔离稳压器应设在plc柜电源进线口处，不让干扰进入柜内，或尽量缩短进线距离。

(2) plc控制柜应尽可能远离高压柜、大动力设备、高频设备。

(3) plc控制柜要远离继电器之类的电磁线圈和容易产生电弧的触点。

(4)整台plc机要远离发热的电气设备或其它热源，并置放在通风良好的位置上。

(5) plc程控器的外部要有可靠的防水系统以防止雨水进入，造成机器损坏。

5 软件抗干扰措施

控制器的外部开关量和模拟量输入信号，由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响，不可避免会形成输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故。当按钮、开关作为输入信号时，则不可避免产生抖动;输入信号是继电器触点，有时会产生瞬间跳动，将会引起系统误动作。在这种情况下，可采用定时器延时来去掉抖动，定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定，这样可保证触点确实稳定闭合(或断开后)才执行。

对于模拟信号可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次，采样间隔根据a/d转换时间和该信号的变化频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。

(1)程序判断滤波适用于对采样信号因受到随机干扰或传感器不稳定而引起的失真进行滤波。设计时根据经验确定两次采样允许的最大偏差，若先后两次采样的信号差值大于偏差，表明输入是干扰信号，应去掉，用上次采样值作为本次采样值。若差值不大于偏差，则本次采样值有效。

(2)中值滤波是连续输入3个采样信号，从中选择一个中间值作为有效采样信号。

(3)滑动平均值滤波是将数据存储器的一个区域(20个单元左右)作为循环队列，每次数据采集时先去掉队首的一个数据，再把新数据放入队尾，然后求平均值。

(4)去极值平均滤波是连续采样n次，求数据的累加和，同时找出其中的最大值和最小值，从累加和中减去最大值和最小值，再求(n-2)个数据的平均值作为有效的采样值。

(5)算术平均值滤波是求连续输入的n个采样数据的算术平均值作为有效的信号。它不能消除明显的脉冲干扰，只是削弱其影响。要提高效果可采用去极值平均滤波。