PLC自控系统的干扰问题分析

　　杜卫斌

　　（山东洪达化工有限公司，山东 郓城 274702）

　　摘要：PLC自控系统通过分散式的管理与操作实现对事物的集中监控及调节，充分提升企业经营管理效率，助力企业发展。但 PLC自控系统在运行过程中也存在一定的风险性，例如会受到一定的信号干扰，而随着自控系统形式的增多，自控系统的干扰源也有显著增加。此外，自控系统有多种形式的接地方式，接地质量及方式都会对自控系统的抗干扰能力产生影响。因此，研究自控系统的干扰问题有重要意义，有助于促进自控系统技术的进一步发展，对PLC自控系统的接地问题开展深入研究分析十分必要。

　　关键词：自控系统；接地；干扰　　文献标识码：A　　中图分类号：TP273

　　文章编号：2096-4137（2023）04-51-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2023.04.13

　　社会发展的根本动力是先进的科学技术，尤其是在进入 21 世纪后，科学技术的发展速度进一步加快，以自控系统技术为代表的高新技术发展日趋成熟，得以在社会各个领域应用，帮助我国社会经济发展朝着信息化的方向转型。如今，人们对自控系统在社会发展中的重要性有了更为充分的认知，PLC 自控系统作为一种即时性的系统，最早在工业生产中应用，最主要的目的是取代在以往工业中大量使用的继电器，因此，PLC 自动控制系统的使用功能也与继电器类似。随着PLC 自动控制系统的进一步发展，PLC 自动控制系统的种类得到了极大丰富，适用范围也逐渐扩大，但对于自控系统发展中出现的问题也更为关注。

　　1　PLC自控系统信号干扰

　　PLC 自控系统是一种高度智能化的应用型系统，其中需要应用到各种类型的智能化设备。系统中的智能化设备在实际运行过程中会产生数字信号，而这些数字信号对于外界的各种信号有着极强的吸引力，而这正是自控系统易受信号干扰的最根本原因。而数字信号自身就有着极强的电力强度，并且根据PLC 自控系统在实际运行中功能指令不断转换，电力强度的大小也会随之不断发生变化，这就使得自控系统中数字地内部的电流尖峰值以及系统在运行过程中所产生的噪声都处于较大值。同时，系统中的模拟信号自身电力轻度相对较弱，为了避免二者之间出现共阻抗耦合干扰，需对这两者进行独立设置。

　　根据这一问题，在自控系统接地作业过程中，技术人员要将系统中所有的模拟电路以及电源去耦电容全部区分开来，使用彼此分开的铜箔、导线等物体将它们重新连接成为一个整体。而系统中的逻辑电路与数字地中的接地需要在其他点上进行连接。通过这些操作，能够很好地预防系统内部的数字与模拟电路因使用公共地线而引起的信号干扰。

　　2　事故案例

　　2.1　事故经过

　　6 月5 日下午化水外供流量不显示，14 时20 分测量流量计电压为8VDC 左右波动，检查PLC 机柜时发现5# 站第4 个卡件亮红灯，经排查流量计保险丝烧坏，卡件通道坏。更换流量计保险丝后24VDC 电压输出正常。询问操作工得知， 12 时35 分启动了二级反渗透2# 高压泵，中间跳停了几次后于13 时21 分停泵。由于没有排查出故障原因，未对第4 个卡件进行更换。

　　6 月6 日21 点30 分，除盐水泵出口压力画面不显示，打开PLC 机柜室门时闻到很浓的烧焦味道，发现5# 站第2 个卡件故障灯亮。随后检查机柜室电源无异常，经测量除盐水泵出口压力卡件通道击穿。经询问岗位员工得知，在除盐水压力不显示之前，启动了二级反渗透2# 高压泵，22 时停二级反渗透2# 高压泵。

　　6 月7 日对二级反渗透2# 高压泵现场控制箱内的所有仪表信号线进行了接地检查，发现信号线（负）与控制箱接地是相通的，经排查发现卡件的接线回路为：稳压电源的24V 正极至现场仪表正极，从现场仪表负极至PLC 模拟量卡的信号正，从模拟量卡的信号负又至稳压电源的24V 负极。排查过程中通过测量无论是控制箱内的电气8 芯线还是机柜内的电气8 芯线对地都带50 ～ 120V 不等的感应电压；为排除感应电的烧坏卡件的隐患，将PLC 柜内卡件去现场仪表的接线方式进行修改，由原来的四线制改为两线制接法，不再使用现场控制柜OVDC 接线回路。修改完毕后通过现场、远控对二级反渗透2# 高压泵进行启停并运行一段时间未出现PLC 卡件及现场仪表烧坏情况。

　　2.2　事件原因分析

　　造成此次事件的因素较多，经过现场模拟测试，接地极电阻测试的方法逐一排查，具体原因有以下几方面：

　　（1）二级反渗透2# 高压泵控制箱内空气断路器的火线、零线是一根8 芯电缆（非屏蔽），电源均引自配电室，由于电缆老化绝缘性能差，备用芯带50 ～ 120V 不等的感应电压，感应电压通过控制箱内仪表信号线串入PLC 扩展模块，使四线制卡件回路带电，烧坏ET200 模拟量输入通道及现场仪表。

　　（2）二级反渗透2# 高压泵控制箱内端子排配线混乱，仪表线路和电气线路交叉跨接，电气使用多芯非屏蔽电缆且电缆备用芯接头裸露，在启动二级反渗透2# 高压泵时有 220V 交流电流经控制箱内，造成强电和弱电叠加电压串入 PLC 扩展模块，使四线制卡件回路带电，烧坏ET200 模拟量输入通道及现场仪表。

　　（3）PLC 机柜内端子排配线混乱，仪表接头及电气接线交叉，电气使用多芯非屏蔽电缆且电缆备用芯接头裸露，产水泵启动时有220V 交流电流进入机柜，一旦接触不良，混搭线路造成强电和弱电叠加电压串入PLC 扩展模块使四线制卡件回路带电，烧坏ET200 模拟量输入通道及现场仪表。

　　（4）ET200 模拟量卡件采用四线制无源接点，现场仪表独立供电，回路连接没有采用信号隔离栅，一旦有电压干扰，很容易串入电压烧坏ET200 模拟量输入通道及现场仪表。

　　2.3　整改措施

　　（1）对控制箱电气系统和PLC 机柜内的系统进行有效隔离和分开接地，以免产生共模干扰。

　　（2）对PLC 机柜的ET200 模拟量卡件功能模式从四线制改为两线制，实现卡件独立供电，并加隔离栅保护。

　　（3）对不用电缆或拆除电缆头进行绝缘处理，防止误碰有效电源线造成短路。

　　3　减少PLC自控系统信号干扰防范措施

　　各种智能化设备在运行的过程中都会产生一定的电信号，PLC自控系统作为一种智能化的设备，也会出现这种情况。这些由系统运行产生的电信号，会对系统的整体运行造成极大的干扰。在受到电信号干扰时，PLC 自控系统运行会出现延迟甚至停止。为了减少其他方面对PLC 自控系统的干扰，可以采取以下措施：

　　（1）要对动力电缆做好接地及消除感应电措施。

　　（2）电气柜电缆插头的屏蔽一定要可靠接地。

　　（3）PLC 本身的抗干扰能力一般都很强，通常将PLC 的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线带来的干扰一般都有足够强的抑制能力。如果电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC 接专用地线，接地线线径要足够粗，接地电阻要小于4Ω，接地点应尽可能靠近PLC，且接地点要与其他设备分开。对供电系统中的强电设备，其外壳、柜体、框架、机座及操作手柄等金属构件必须保护接地。 PLC 内部电路包括CPU、存储器和其他接口共接数字地，外部电路包括A/D、D/A 等共接模拟地，并用粗短的铜线将 PLC 底板与中央接地点星形联结防哚声干扰。PLC 非接地工作时，应将PLC 的安装支架容性接地以抑制电磁干扰。信号线电缆可与电源电缆共同装在一线槽内，为改进抗噪性建议保证间隔10cm 以上。

　　（4）直流和交流电压的数字量信号线和模拟量信号线一定要各自用独立的电缆，且要用屏蔽电缆。

　　（5）只有屏蔽的220V 电源线才能与信号线装在同一线槽内。

　　（6）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线槽内，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同在一线槽内。

　　（7）屏蔽处理措施。在PLC 外壳底板上加装一块等位屏蔽板（一般使用镀锌板）。保护地使用铜导线与底板保持一点连接其截面积应不少于10mm，以构成等位屏蔽体，有效地消除外部电磁场的干扰。

　　（8）抗噪声干扰措施。对处于强磁场（如变压器）的部分要进行金属屏蔽，电控柜内不宜采用荧光灯具照明。PLC 控制系统电源也应采用相应的抗干扰措施。PLC 控制系统电源抗干扰的方法有采用隔离变压器、低通滤波器及应用频谱均衡法三种。其中，隔离变压器最常用，因为PLC 的I/O 模块电源常用DC24V，须经隔离变压器降压，再经整流桥整流供给，或者直接使用开关电源供给。

　　（9）在自控系统接地系统的安装过程中，系统安装人员与系统应用方必须就接口设备的参数以及安装问题进行深入的交流探讨，共同向接口设备的供应厂商提出设备的参数需求，让接口设备供应厂商严格按照提供的参数提供接口设备。而在设备到货时，技术人员还要对接口设备进行全面检查，检测过程中需要使用PLC 设备，以最大限度保证检测的准确性，保证接口设备的参数符合接地系统安装的要求，避免因使用参数不合规的接口设备导致系统在投入运行后出现与接口设备相关的一系列问题。

　　（10）传感器的工作状态对于自控系统整体的工作能力与工作效率起决定性的作用，因此，在PLC 自控系统接地系统的传感器安装中，要密切注意传感器安装的具体位置及所使用的具体方法。如传感器的安装位置与方法出现错误，将对整体自控系统的运行产生极大的不利影响。

　　4　结语

　　如今，各企业在经营发展的过程中都需要使用先进的自控系统。自控系统对于当今企业尤其是大型企业的经营管理工作而言，都是一项不可或缺的重要技术。自控系统在运行过程中，极易受到来自外部与内部的信号干扰，对系统的正常运行造成不利影响，给企业带来无法预估的巨大损失。为解决这一问题，我国企业在自控系统的实际应用过程中，都会将系统中的硬件设备作接地处理，利用土地的导电性将干扰电荷从设备中排出，避免出现干扰现象。本文就PLC 自控系统的接地问题展开研究与分析，详细论述了使用PLC 设备进行接地作业需要注意的事项与操作方法。通过本次研究，期望能够帮助企业进一步优化PLC 自控系统的接地作业，进而为我国整体的社会经济发展提供助力。

　　作者简介：杜卫斌（1982-），男，陕西西安人，山东洪达化工有限公司中级工程师，研究方向：化工自动化。

　　参考文献

　　[1]文科，蒋彬．天然气装置区仪表自控系统防雷接地分析与探讨[J]．科技与企业，2015（7）：232.

　　[2]董进泉．仪表自控系统的接地工程设计[J]．科技创新与应用，2017（12）：56-57．

　　（责任编辑：葛　佳）

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