1.前言

随着科技的進步，中國智造2025的提出使工(gōng)廠(chǎng)企業紛紛轉型智能(néng)制造。在生産運行中穩定、可靠、安全是至關重要的。PLC以其運算(suàn)速度快(kuài)、功耗小(xiǎo)、性價比高(gāo)等優點，迅速擴大(dà)自(zì)己的市場。PLC有的安裝在控制室内，有的直接安裝在現(xiàn)場的設備中。設備周圍有很(hěn)強的電路及其他(tā)的設備，比如變頻器，如此惡劣的電磁環境給PLC穩定性及工(gōng)程師預防都會(huì)造成極大(dà)的幹擾。因此了(le)解和(hé)預防幹擾是有必要的，在此以最常遇見的模拟量波動爲例。

2.爲什(shén)麽會(huì)有波動

工(gōng)業設備中影響PLC模拟量的情況有多種，例如：

① 來(lái)自(zì)于設備或櫃内強電幹擾。

② 布線、接地系統混亂産生幹擾。

③ 來(lái)自(zì)信号線或電源線的幹擾。

④ PLC系統内部的幹擾。

它們大(dà)多是産生電流或電壓距離變化引起電荷劇(jù)烈移動産生了(le)幹擾。幹擾可以分爲共

模幹擾和(hé)差模幹擾。共模幹擾是指幹擾電壓在信号線及其回線幅度相同（參考電位一般爲大(dà)地），幹擾電流回路則是在導線與參考物體構成的回路間流動（如圖一）。差模幹擾是指幹擾電壓在信号線與其回路（一般爲信号的地線）之間，幹擾電流回路則是在導線與參考物體構成的回路中流動（如圖二）。在一般情況下(xià)，差模幹擾幅度小(xiǎo)、頻率低(dī)，造成幹擾不明(míng)顯。共模幹擾幅度大(dà)、頻率高(gāo)，還可以通過導線産生輻射，所造成的幹擾較大(dà)。所以，解決共模幹擾是消除幹擾的關鍵。  

圖一                                                                                   圖二

3.爲什(shén)麽用(yòng)屏蔽

在安裝設備時(shí)經常把很(hěn)多線路一起放(fàng)在線槽中，這(zhè)樣雖然方便美(měi)觀。但(dàn)是在信号傳輸時(shí)會(huì)受到(dào)别的電纜産生的電磁場噪聲源的影響。在遠距離傳輸時(shí)更會(huì)受到(dào)不同設備的電磁幹擾，如馬達、電源線等，射頻幹擾如無線電、雷達等。解決這(zhè)種問題最簡單的方法就是使用(yòng)屏蔽線。

屏蔽線（如圖三）源于歐洲，在信号線外(wài)部使用(yòng)金(jīn)屬網狀編織層包裹起來(lái)的傳輸線，編織層一般爲銅或鍍錫銅，利用(yòng)金(jīn)屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現(xiàn)防止電磁幹擾及電磁輻射功能(néng)。使用(yòng)屏蔽層接地，外(wài)來(lái)的幹擾信号可被該層導入大(dà)地，避免幹擾信号進入内層導體幹擾，同時(shí)也(yě)降低(dī)傳輸信号的損耗。屏蔽分爲主動屏蔽和(hé)被動屏蔽，主動屏蔽是爲了(le)防止噪聲源向往輻射；被動屏蔽是爲了(le)防止設備受到(dào)噪聲源的幹擾。plc模拟量上(shàng)主要運用(yòng)被動屏蔽。

圖三

屏蔽線的屏蔽層需要接地。接地分爲單端接地和(hé)雙端接地，不能(néng)多點接地。多個的接地點會(huì)因爲各接地的電壓不同，形成電位差産生感應電流，反而産生幹擾。雙端接地主要用(yòng)于高(gāo)頻，如編碼器等。一般對(duì)于模拟量使用(yòng)單端接地，即一端接地另一端懸空(kōng)。

4.爲什(shén)麽用(yòng)隔離

在平時(shí)的安裝中很(hěn)難把所有設備集中在一起，必不可免的要有長距離的安裝。分割兩地的設備和(hé)儀表之間的信号參考點存在電勢差，因而形成了(le)接地環路（如圖四）造成信号的傳輸過程的失真。長距離的傳輸也(yě)不可避免的會(huì)有感性和(hé)容性的幹擾。所以如何抑制公共接地、不明(míng)電磁對(duì)設備的幹擾，是關鍵。

圖四                                                                                      圖五

模拟信号隔離器，也(yě)叫做信号變送器（如圖五）。具有隔離、信号轉換、保護等作(zuò)用(yòng)。是工(gōng)業中常用(yòng)的方法。信号隔離器就是将變送器或儀表的信号，通過半導體器件調制變換，然後通過光感或磁感元件隔離轉換，然後再進行解調變換回隔離前的原信号，同時(shí)對(duì)隔離後的信号的供電電源進行隔離處理(lǐ)。保證變換後的信号、電源、地直接的絕對(duì)獨立。有效的解決了(le)接地環路和(hé)設備的連接時(shí)底線參考點不同所造成的問題，也(yě)可以有效的去除線路在正常傳輸過程中可能(néng)受到(dào)電磁幹擾的問題。

6.爲什(shén)麽共地

對(duì)于線路來(lái)說信号的“地”又稱參考地，是線路電壓的參考點，也(yě)是構成信号回路的公共端。對(duì)于設備來(lái)說接地往往是考慮防雷和(hé)安全。所以保護地和(hé)參考地不能(néng)随便共，必須做好(hǎo)分類。共地就是使信号源端與測量端電位相同，以此來(lái)抑制幹擾。

當使用(yòng)一個自(zì)供電或隔離的傳感器電源和(hé)模拟量輸入模塊電源沒有彼此連接，即模拟量輸入模塊的電源地和(hé)傳感器信号地沒有連接時(shí)，這(zhè)将會(huì)産生一個很(hěn)高(gāo)的上(shàng)下(xià)震動的共模電壓，影響模拟量輸入的值。這(zhè)時(shí)就需要把傳感器輸入的負端與模塊上(shàng)的公共端的M端連接以補償此種波動（如圖六，左爲四線制，右爲兩線制）。

圖六

當使用(yòng)多個非隔離傳感器（不同的接地點）與隔離模塊連接時(shí)候，由于各個傳感器信号的負端都會(huì)有共模電壓，這(zhè)時(shí)需要将各個信号的負端連接起來(lái)。在與非隔離模塊連接時(shí)還需要與模塊的M端相連接。

7.濾波的原理(lǐ)

對(duì)輸入信号進行濾波也(yě)是常用(yòng)的方法之一。在信号傳輸時(shí)模拟量信号出現(xiàn)波動太快(kuài)，導緻邏輯無法有效的響應，就可以設置一個濾波器，求取輸入信号平均值，将一個平滑信号傳給邏輯程序。軟件上(shàng)的濾波在系統塊→輸入濾波→模拟量（如圖七）。

圖七

使用(yòng)軟件濾波要搞懂兩個概念，既采樣數和(hé)死區(qū)。采樣數顧名思義是指計(jì)算(suàn)平均值的數值數目，PLC可設置爲2指數倍增加最大(dà)到(dào)256，采樣數的增加會(huì)讓結果穩定但(dàn)是響應變慢，反之則反之。但(dàn)是在有些(xiē)場合輸入值大(dà)幅改變，需要快(kuài)速反應就需要設置死區(qū)，死區(qū)範圍可設置爲16-4080。死區(qū)是設定一個當前平均值範圍（當前平均值 ± 死區(qū)值）。當新的值輸入在這(zhè)個範圍内，則繼續進行平均值計(jì)算(suàn)。如果新進值超過這(zhè)個範圍，不再進行平均值計(jì)算(suàn)，而是直接将這(zhè)個值設置爲平均值。這(zhè)樣就使得在輸入信号大(dà)幅度改變時(shí)也(yě)有快(kuài)速的響應。死區(qū)值設定爲0可以禁用(yòng)死區(qū)，禁用(yòng)後不論輸入值如何變化都隻做求平均值計(jì)算(suàn)。（注：不要對(duì)通過模拟量字中傳遞數字量信息或報(bào)警指示的模塊使用(yòng)模拟量過濾。AS-i主站(zhàn)模塊、熱電偶模塊和(hé) RTD 模塊要求禁止 CPU 模拟量輸入濾波功能(néng)。）。

濾波器就是一個算(suàn)術平均濾波法，算(suàn)術平均濾波法是對(duì)N個連續采樣值相加，然後取其算(suàn)術平均值作(zuò)爲本次測量的濾波值。對(duì)濾除混雜(zá)在被測信号上(shàng)的随機幹擾信号非常有效。除此之外(wài)還有很(hěn)多濾波算(suàn)法，如中位值濾波，中位值平均濾波，都需要自(zì)己編寫程序。