摘要：PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個控制系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵因素之一，而接地系統(tǒng)是PLC安裝和應(yīng)用過程中的重要環(huán)節(jié)。針對PLC控制系統(tǒng)中存在的干擾問題，重點探討了系統(tǒng)接地類型、方式及接地裝置。實際結(jié)果表明，采取良好的接地措施，對提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　引言    

　　隨著國民經(jīng)濟的快速增長，國家智能電網(wǎng)計劃建設(shè)更多高參數(shù)、大容量的燃煤火電機組，以滿足不斷增長的電能需求。高參數(shù)、大容量燃煤火電機組的輔助PLC控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和控制范圍發(fā)生了巨大的變化，因此，對控制系統(tǒng)的可靠性要求更為嚴格。

　　PLC系統(tǒng)的抗干擾能力已越來越受到人們的重視。合理、可靠的系統(tǒng)接地是提高控制系統(tǒng)抗干擾能力的重要保證。為了保證PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行，必須從設(shè)計、設(shè)備的選型和安裝、調(diào)試、生產(chǎn)維護各個環(huán)節(jié)對PLC控制系統(tǒng)的接地進行控制。本文就多個PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場實際應(yīng)用的情況，探討了如何通過完善PLC控制系統(tǒng)的接地來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行。

       一、干擾的產(chǎn)生

　　PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場的干擾源種類繁多，尤其是大型電廠更為復(fù)雜。干擾的來源主要包括以下幾個部分。

　?、貾LC控制系統(tǒng)內(nèi)部

　　PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)部干擾源主要有元器件的固有噪聲、電源系統(tǒng)等。 

　　 ②PLC控制系統(tǒng)外部 

　　PLC控制系統(tǒng)外部干擾源主要有閃電、雷擊、電氣設(shè)備的電磁場、電火花等。 

　?、跴LC控制系統(tǒng)和周圍其他系統(tǒng)的電位差等

　　在PLC控制系統(tǒng)和周圍其他系統(tǒng)的電位差等干擾中，有些干擾源有規(guī)律可循，可以通過一定的手段檢測并加以控制；有些干擾源則隨機出現(xiàn)，難以捕捉。但各種干擾源都是通過一定的途徑對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響的，這些干擾途徑主要是以“路”或“場”的形式出現(xiàn)。 

　　1.1 “路”的干擾

　　 “路”的干擾是指干擾通過電路（主要是控制系統(tǒng)的過程通道或電源系統(tǒng)）進入PLC控制系統(tǒng)。A/D、D/A轉(zhuǎn)換設(shè)備和各種輸入裝置都有可能成為各種干擾的通路。另外，過程通道和PC計算機之間的公共地線也會成為干擾通路。

　　 “路”的干擾分為串模干擾和共模干擾。

　　串模干擾是指干擾信號疊加在輸入信號上的一種干擾方式。這種干擾信號的特點是它與輸入信號串聯(lián)，存在于同一個回路中，并且全部施加在接收被測信號設(shè)備的輸入端。干擾信號可能是信號源內(nèi)部產(chǎn)生的，如圖1(a）所示；也可能是由導(dǎo)線感應(yīng)進來的，如圖1(b)所示。

　　共模干擾的形成原因主要是由于PLC控制系統(tǒng)的檢測設(shè)備和受控設(shè)備分散在現(xiàn)場的各個位置，檢測信號和控制信號必須通過很長的導(dǎo)線經(jīng)程序通道與PLC控制系統(tǒng)連通，這樣，在現(xiàn)場側(cè)設(shè)備信號端的地線與PLC控制系統(tǒng)主機的地線之間就存在一定的電位差。由于這種干擾同時作用在信號的兩個輸入端上，因此，稱之為共模干擾，其示意圖如圖2所示。

　　1.2“場”的干擾

　　 “場”的干擾主要是存在于空間的各種電磁場使得處于這些“場”內(nèi)的導(dǎo)體因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電勢和電荷的移動，從而形成干擾?！皥觥钡母蓴_主要有導(dǎo)線之間的電場、電感藕合，還有大功率的高頻用電設(shè)備、雷達、電臺等形成的電磁場的輻射等。

　　二、系統(tǒng)接地

　　干擾主要是干擾源通過干擾途徑作用于被干擾對象形成的。因此，為了抑制或消除干擾，就要從消除或抑制干擾源、切斷干擾作用的途徑、削弱干擾接受對象對干擾信號的敏感性等方面著手，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?。由于干擾的產(chǎn)生是很復(fù)雜的，必須根據(jù)實際情況加以綜合分析和考慮。良好的系統(tǒng)接地是提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段之一。

　　當(dāng)接入PLC控制系統(tǒng)的信號、供電電源或PLC控制系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時，有效的接地系統(tǒng)能將過載電流導(dǎo)入大地，為PLC提供安全保護屏障，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點（即參考零電位）。

　　2.1 PLC控制系統(tǒng)接地的分類

　　在一般情況下，PLC控制系統(tǒng)需要提供保護和工作兩種接地方式。工作接地又可分為邏輯接地和屏蔽接地等。對于有防爆安全要求的現(xiàn)場，如果裝有本安防爆設(shè)備，則需要設(shè)置本安接地。 

　?、俦Ｗo接地

　　保護接地

　　是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累，避免造成人身傷害而采取的保護措施。PLC控制系統(tǒng)所有的操作員機柜、現(xiàn)場控制站機柜、打印機、端子柜等均應(yīng)設(shè)置保護接地。保護接地應(yīng)接至現(xiàn)場電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻應(yīng)小于4Ω。 

　?、谶壿嫿拥剡壿嫿拥匾步袡C器邏輯地、主機電源地，是PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯電平負端公共地，也是＋5V的電源輸出地。

　?、燮帘谓拥?/p>

　　屏蔽接地也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。PLC控制系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地；且電纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。電纜屏蔽層通常是用銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層制成并接入公共接地極的。愷裝電纜的金屬愷不能作為屏蔽保護接地。 

　?、鼙景步拥?/p>

　　本安接地應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω 。本安接地的接地系統(tǒng)與現(xiàn)場電氣地網(wǎng)或其他儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)大于5m。 

　　2.2 PLC控制系統(tǒng)的接地方式

　　PLC控制系統(tǒng)的接地方式可分為以下幾種。 

　?、俅?lián)式單點接地

　　串聯(lián)式單點接地是指將多個低壓電氣設(shè)備的接地端子與設(shè)備就近處的同一根接地排相連接，再用導(dǎo)線將接地排與現(xiàn)場的接地裝置相連接。這種接地方式的優(yōu)點在于節(jié)省人力、物力；而缺點在于當(dāng)公用的接地線出現(xiàn)斷路時，如果接地系統(tǒng)中有一臺設(shè)備漏電，就會引起其他設(shè)備的外殼上均出現(xiàn)電壓，對人員安全造成威脅。 

　?、诓⒙?lián)式單點接地

　　并聯(lián)式單點接地是指從各臺設(shè)備的接地端子處引出一根接地線，然后將這若干條線同時接到接地裝置上。這種接地方式的優(yōu)點在于當(dāng)接地系統(tǒng)中的其中一臺設(shè)備接地線出現(xiàn)斷路時，不會造成其他設(shè)備外殼出現(xiàn)電壓，可保障人身安全；而這種接地方式的缺點在于如果是電子設(shè)備或其他對高頻干擾高度敏感的電氣設(shè)備，來自其他設(shè)備的高頻干擾（如變頻器、中頻爐等晶閘管變流器件）將會從共地點串入，造成設(shè)備工作不正常。 

　?、鄱喾种吸c接地

　　多分支單點接地是指將每個設(shè)備的接地端子單獨與接地裝置相連接。多分支單點接地與并聯(lián)式單點接地的區(qū)別在于設(shè)備具有單獨的接地體且相鄰設(shè)備在電氣接地回路上的距離是比較遠的（如超過50m) ，這就有效地避免了設(shè)備之間的電磁互干擾。

　　目前，使用的PLC控制系統(tǒng)多采用第二種接地方式。對于來自變頻器等高頻干擾，則通過在PLC控制系統(tǒng)的電源前端加裝一個單相電源濾波器等方法解決干擾問題。

　　三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)備的接地裝置

　　PLC控制系統(tǒng)通常包括PLC設(shè)備的I/O機柜、UPS柜、繼電器柜、操作臺、打印臺、服務(wù)器柜、儀表柜、手操盤臺和安全柵柜等設(shè)備。在這些設(shè)備中，操作臺、打印臺、服務(wù)器柜、繼電器柜、UPS柜及配電柜均應(yīng)設(shè)有保護接地螺釘，以提供所裝設(shè)備的電源接地；PLC設(shè)備的I/O機柜、儀表柜和手操盤臺應(yīng)同時設(shè)置屏蔽接地匯流排和保護接地螺釘，分別作為信號接地和電源接地；對安全柵柜，除設(shè)置屏蔽接地匯流排和保護接地螺釘外，還應(yīng)設(shè)置本安接地匯流排。

　　根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，PC計算機或PLC系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不能浮空，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)信號源浮空時，屏蔽層應(yīng)在PC計算機側(cè)接地；當(dāng)信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地；當(dāng)放大器浮空時，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地。當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分斷或合并時，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。

　　PLC控制系統(tǒng)信號電纜的選擇與敷設(shè)應(yīng)嚴格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按以上要求進行接地。為了提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，PLC控制系統(tǒng)開關(guān)量輸入／輸出信號宜選用阻燃型對絞銅網(wǎng)屏蔽電纜。

　　根據(jù)多個工程現(xiàn)場實踐的經(jīng)驗，提出以下PLC控制系統(tǒng)接地的注意事項。

　?、俨僮鲉T站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器主機、系統(tǒng)顯示器等應(yīng)采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。 

　?、赑LC控制系統(tǒng)I/O機柜的電源接地與UPS的電源接地必須連接至同一個地，以保證等電位。 

　?、跴LC控制系統(tǒng)模擬量I/O模塊的信號負端，即直流24V電源的負端連接至邏輯接地排上，邏輯接地排與屏蔽接地相連接，最終接入總接地排。這樣可以有效消除共模電壓的干擾。 

　?、墁F(xiàn)場控制站機柜本體與底座間夾有絕緣橡皮，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，現(xiàn)場控制站必須按規(guī)定作好接地處理，即分別接至現(xiàn)場控制站接地匯流排上。 

　?、輽z測接地系統(tǒng)的電阻，以保證接地電阻能滿足PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。

　　四、結(jié)束語

　　良好的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)，很多PLC控制系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的故障往往是由于系統(tǒng)接地不好引起的。本文重點探討了PLC系統(tǒng)接地類型、方式及接地裝置控制系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的原因以及在硬件、接地系統(tǒng)、信號線敷設(shè)等方面消除干擾的措施。在實際工作中，消除干擾的技術(shù)措施還有很多，也可以在軟件設(shè)計中采取一定的抗干擾措施，如指令復(fù)執(zhí)、故障診斷、自恢復(fù)功能等，這些措施均可進一步提高控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。