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

　　引言    

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)家智能電網(wǎng)計(jì)劃建設(shè)更多高參數(shù)、大容量的燃煤火電機(jī)組，以滿足不斷增長(zhǎng)的電能需求。高參數(shù)、大容量燃煤火電機(jī)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(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求更為嚴(yán)格。

　　PLC系統(tǒng)的抗干擾能力已越來(lái)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(cè)控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須從設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型和安裝、調(diào)試、生產(chǎn)維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的接地進(jìn)行控制。本文就多個(gè)PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的情況，探討了如何通過(guò)完善PLC控制系統(tǒng)的接地來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

       一、干擾的產(chǎn)生

　　PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的干擾源種類繁多，尤其是大型電廠更為復(fù)雜。干擾的來(lái)源主要包括以下幾個(gè)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(chǎng)、電火花等。 

　　③PLC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(guò)一定的手段檢測(cè)并加以控制；有些干擾源則隨機(jī)出現(xiàn)，難以捕捉。但各種干擾源都是通過(guò)一定的途徑對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響的，這些干擾途徑主要是以“路”或“場(chǎng)”的形式出現(xiàn)。 

　　1.1 “路”的干擾

　　 “路”的干擾是指干擾通過(guò)電路（主要是控制系統(tǒng)的過(guò)程通道或電源系統(tǒng)）進(jìn)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(guò)程通道和PC計(jì)算機(jī)之間的公共地線也會(huì)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(hào)疊加在輸入信號(hào)上的一種干擾方式。這種干擾信號(hào)的特點(diǎn)是它與輸入信號(hào)串聯(lián)，存在于同一個(gè)回路中，并且全部施加在接收被測(cè)信號(hào)設(shè)備的輸入端。干擾信號(hào)可能是信號(hào)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(jìn)來(lái)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(cè)設(shè)備和受控設(shè)備分散在現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)位置，檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)必須通過(guò)很長(zhǎng)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(chǎng)側(cè)設(shè)備信號(hào)端的地線與PLC控制系統(tǒng)主機(jī)的地線之間就存在一定的電位差。由于這種干擾同時(shí)作用在信號(hào)的兩個(gè)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(chǎng)”的干擾

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

　　二、系統(tǒng)接地

　　干擾主要是干擾源通過(guò)干擾途徑作用于被干擾對(duì)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(duì)象對(duì)干擾信號(hào)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(shí)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(hào)、供電電源或PLC控制系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時(shí)，有效的接地系統(tǒng)能將過(guò)載電流導(dǎo)入大地，為PLC提供安全保護(hù)屏障，消除電子噪聲干擾，并為整個(gè)控制系統(tǒng)提供公共信號(hào)參考點(diǎn)（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(hù)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(duì)于有防爆安全要求的現(xiàn)場(chǎng)，如果裝有本安防爆設(shè)備，則需要設(shè)置本安接地。 

　?、俦Ｗo(hù)接地

　　保護(hù)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(hù)措施。PLC控制系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)設(shè)置保護(hù)接地。保護(hù)接地應(yīng)接至現(xiàn)場(chǎng)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(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)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(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。PLC控制系統(tǒng)中信號(hào)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(hù)接地。 

　?、鼙景步拥?/p>

　　本安接地應(yīng)獨(dú)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(chǎng)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(diǎn)接地

　　串聯(lián)式單點(diǎn)接地是指將多個(gè)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(chǎng)的接地裝置相連接。這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省人力、物力；而缺點(diǎn)在于當(dāng)公用的接地線出現(xiàn)斷路時(shí)，如果接地系統(tǒng)中有一臺(tái)設(shè)備漏電，就會(huì)引起其他設(shè)備的外殼上均出現(xiàn)電壓，對(duì)人員安全造成威脅。 

　　②并聯(lián)式單點(diǎn)接地

　　并聯(lián)式單點(diǎn)接地是指從各臺(tái)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(shí)接到接地裝置上。這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)接地系統(tǒng)中的其中一臺(tái)設(shè)備接地線出現(xiàn)斷路時(shí)，不會(huì)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(diǎn)在于如果是電子設(shè)備或其他對(duì)高頻干擾高度敏感的電氣設(shè)備，來(lái)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(huì)從共地點(diǎn)串入，造成設(shè)備工作不正常。 

　?、鄱喾种吸c(diǎn)接地

　　多分支單點(diǎn)接地是指將每個(gè)設(shè)備的接地端子單獨(dú)與接地裝置相連接。多分支單點(diǎn)接地與并聯(lián)式單點(diǎn)接地的區(qū)別在于設(shè)備具有單獨(dú)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(yuǎn)的（如超過(guò)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(duì)于來(lái)自變頻器等高頻干擾，則通過(guò)在PLC控制系統(tǒng)的電源前端加裝一個(gè)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(jī)柜、UPS柜、繼電器柜、操作臺(tái)、打印臺(tái)、服務(wù)器柜、儀表柜、手操盤臺(tái)和安全柵柜等設(shè)備。在這些設(shè)備中，操作臺(tái)、打印臺(tái)、服務(wù)器柜、繼電器柜、UPS柜及配電柜均應(yīng)設(shè)有保護(hù)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(jī)柜、儀表柜和手操盤臺(tái)應(yīng)同時(shí)設(shè)置屏蔽接地匯流排和保護(hù)接地螺釘，分別作為信號(hào)接地和電源接地；對(duì)安全柵柜，除設(shè)置屏蔽接地匯流排和保護(hù)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(jì)算機(jī)或PLC系統(tǒng)信號(hào)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(hào)源浮空時(shí)，屏蔽層應(yīng)在PC計(jì)算機(jī)側(cè)接地；當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源側(cè)接地；當(dāng)放大器浮空時(shí)，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?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，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(hào)電纜的選擇與敷設(shè)應(yīng)嚴(yán)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(jìn)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(hào)宜選用阻燃型對(duì)絞銅網(wǎng)屏蔽電纜。

　　根據(jù)多個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，提出以下PLC控制系統(tǒng)接地的注意事項(xiàng)。

　　①操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、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)。 

　　②PLC控制系統(tǒng)I/O機(jī)柜的電源接地與UPS的電源接地必須連接至同一個(gè)地，以保證等電位。 

　?、跴LC控制系統(tǒng)模擬量I/O模塊的信號(hào)負(fù)端，即直流24V電源的負(fù)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(chǎng)控制站機(jī)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(chǎng)控制站必須按規(guī)定作好接地處理，即分別接至現(xiàn)場(chǎng)控制站接地匯流排上。 

　?、輽z測(cè)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(yǔ)

　　良好的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，很多PLC控制系統(tǒng)運(yùn)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(diǎn)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(hào)線敷設(shè)等方面消除干擾的措施。在實(shí)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(jì)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(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。