广电机房PLC系统抗干扰研究

　　PLC是一种专为工业环境应用而设计的电子系统，因其具有体积小、功能强、适用范围广、可靠性高等优点，在广电机房综合控制系统中得到了广泛应用。但广电机房的技术及环境特点决定了PLC恶劣的工作环境，如强电磁场、大量电气设备带来的高频干扰以及雷电、潮湿等自然因素。为提高PLC系统的可靠性，提高其抗干扰能力，本文结合作者多年的一线维护经验对广电机房中常见的干扰源进行了论述，并提出了具体解决办法。

　　一.干扰源

　　PLC控制系统的干扰源很多，主要分为内部干扰源和外部干扰源两大类。内部干扰源主要包括：线路中容性、感性元件引起的寄生振荡；元件及线路设计不当造成的信号串扰；数字地、模拟地和系统地处理不当等。外部干扰源包括传导型干扰源和感应型干扰源。传导型干扰源主要通过电气线路串入PLC系统，主要表现为：按钮、继电器等动作时触点间产生的电弧，接触器线圈、继电器线圈等各类感性负载动作时产生的浪涌电压等；感应型干扰是辐射源通过电磁感应进入PLC系统的干扰信号，广电机房内大量设备都属于辐射源，较易造成此类干扰。此外雷电作为典型的外部干扰源，可以通过传导和感应两种方式影响PLC系统，应尤其注意。

　　二.抗干扰措施

　　在广电机房应用PLC系统时，应充分考虑机房实际情况，着重把握抗干扰三原则：屏蔽干扰源、减小传输段感应、提高终端抗干扰性能，具体实施中主要从电源、输入输出接线、接地地点和方式以及软件设计等关键环节来提高系统的抗干扰能力。

　　1.电源系统的抗干扰措施

　　电源系统产生的干扰大多来自于供电线路中大功率用电设备的阻容耦合，比如大功率变频器，其输出的PWM波含有较多的高次谐波，易对PLC系统产生干扰，而电源及其引线则是这类干扰进入PLC的主要途径。若想屏蔽此类干扰源，通常做法是在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。

　　L1和L3用来抑制高频差模电压；L2和L4是用等长的导线反向绕在同一磁环上，来阻挡共模干扰电流；C1和C2用来滤除共模干扰电压，C3用来滤除差模干扰电压；R是压敏电阻，用来抑制尖峰干扰脉冲。在初级、次级绕组间加屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，也可提高抗高频干扰的能力。

　　2.传输段的抗干扰措施

　　传输段包括信号传输线以及PLC的I/O接口。对于一般的低频开关量数字信号，选用普通的信号电缆即可满足要求。而模拟量信号和高频的数字量信号则需选择较高规格的电缆或者光缆，并对屏蔽层可靠接地。在某些极端情况下，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，并将屏蔽层两端接地。此外，信号走线应与动力线分开至少20厘米，并远离强干扰源，如大功率硅整流器、变频器、电焊机等。

　　对于PLC的I/O接口端，当输入信号源和输出负载为感性元件时，这些元件在电路运行过程中均会因开关动作而出现瞬时电动势或者抖动电弧，它们都会对系统产生干扰。对于交流电路，可在它们两端并联RC吸收电路；对于直流电路，可在它们两端并联续流二极管。

　　此外，为了抑制输入输出端噪声对PLC系统的干扰，可以采用光电耦合元件。光电耦合器利用光传递信息，使输入与输出实现电气上的完全隔离，可有效地减少噪声干扰。

　　3.接地系统的抗干扰措施

　　接地是屏蔽和减小干扰信号的重要举措。PLC系统中有电源地、屏蔽地、信号地、保护地，设备或设备内独立器件的外壳接地等多种类型的接地，在设计接地系统时，应着重把握几个原则：

　　（1）PLC接地线截面积应大于2平方毫米，接地点与PLC间的距离应尽可能短，同时应与强电设备接地点保持10米以上的距离。

　　（2）屏蔽地、保护地不能与电源地、信号地等接在一起，只能独立接到接地线上。PLC系统应尽可能采用单一接地点，避免多点接地。

　　（3）选用有屏蔽层的信号线，将开关量信号与模拟量信号分开布线，并将屏蔽层接地。

　　4.软件抗干扰措施

　　在PLC系统中，由于干扰的复杂性和多样性，硬件上的抗干扰措施能在极大程度上抑制干扰，但很难彻底消除。因此，在PLC系统的上位机设置上，还应采用一些软件抗干扰设计，提高系统的抗干扰能力。比如采用软件滤波的方法，连续采样多次，采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定，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；采用消抖延时的方法，用PLC内部定时器对时间短、变化迅速的抖动信号经过一定时间的延时，得到可靠的有效信号，从而达到抗干扰的目的。

　　5.防雷措施

　　雷电瞬间的高电压和强电磁脉冲可以通过电源、传输线缆甚至地线严重影响PLC系统。应对雷电危害，首先应在PLC系统前端加装避雷器，包括电源输入端和I/O端口。避雷器泄放电压应介于端口工作电压和最大承受电压之间，避雷器应单独可靠接地。对于雷电多发区，室外和长距离传输线应传入密闭式金属线槽或金属管，并将屏蔽层与建筑整体地网相连。

　　三.结束语

　　PLC系统在广电机房中有着广泛应用并发挥着重要作用，其可靠性的高低对播出安全有着举足轻重的影响。因此，消除一切可能对PLC系统造成干扰的环节十分必要。本文在实践的基础上对PLC系统常用的硬件和软件抗干扰措施进行了论述。在实际使用过程中，应结合机房实际电磁环境，充分考虑到PLC可靠运行的各种不利因素，根据干扰源有针对性的采取抗干扰措施，才能使PLC控制系统正常工作。

　　武海波