工业生产线中PLC 抗干扰实用技巧

一、引言

在现代工业生产线中，PLC 因可靠性高、编程灵活等优势被广泛应用。然而，当系统中存在变频器、超声波发生器、高频电源等设备时，其运行过程中产生的感应电动势（如变频器的 PWM 调制谐波、超声波设备的高频振荡、高频电源的电磁辐射）会通过电磁耦合、传导等途径侵入 PLC 控制系统，导致输入信号失真、输出误动作甚至系统崩溃。针对此类问题，本文结合工程实践，提出三种针对性抗干扰技巧，旨在提升PLC 系统在强电磁环境下的稳定性。

二、干扰源特性分析

2.1 变频器

变频器通过 PWM 调制技术实现电机调速，其 IGBT 器件高速开关动作会产生丰富的高频谐波（10kHz＼～10MHz），通过电源线、信号线形成传导干扰，同时向空间辐射电磁场，导致PLC 模拟量信号（如电流、电压反馈）出现纹波畸变。

2.2 超声波发生器

超声波设备工作时，换能器驱动电路产生数十 kHz 至 MHz 级的高频振荡信号，其感应电动势易通过电缆屏蔽层破损处或接地不良点耦合到PLC 输入回路，引起数字量输入（如启停信号）误触发。

2.3 高频电源

高频开关电源的功率器件（如 MOSFET、变压器）在开关过程中会产生陡峭的电压 / 电流变化率（dv/dt、di/dt），形成宽频带干扰，通过公共接地系统或电源内阻耦合至PLC 模块，导致程序运行异常或存储数据丢失。

三、抗干扰技巧与实施方法

3.1 利用PLC 内部时间继电器避过感应电动势

3.1.1 原理与逻辑设计

感应电动势的能量峰值通常出现在设备启停或状态切换瞬间（如变频器启动初始 50ms 内、超声波发生器触发时刻）。通过 PLC 编程软件配置内部时间继电器，在检测到干扰源动作信号后，延迟一定时间（如 100ms）再读取相关输入信号，可避开干扰峰值期。

3.1.2 实施步骤

信号关联：在 PLC 程序中，将干扰源的启停信号（如变频器运行继电器触点）与目标输入信号（如传感器检测信号）建立逻辑关联。

时间参数设置：根据干扰持续时间，通过定时器指令（如 TON、TOF）设置延迟时间。例如，针对变频器启动干扰，可设置延迟200ms 后采集传感器信号。

程序验证：通过示波器监测干扰信号与 PLC 输入波形，调整延迟时间直至输入信号稳定。

3.1.3 应用效果

该方法无需额外硬件成本，适用于周期性干扰场景，但对实时性要求高的信号（如急停信号）需谨慎使用，避免延迟导致安全风险。

3.2 外加RC 滤波电路抑制高频噪声

3.2.1 电路原理

RC 滤波电路利用电阻的耗能特性与电容的储能特性，衰减高频干扰信号。对于 PLC 输入回路，在信号端子并联 RC 电路，可抑制感应电动势引起的尖峰噪声；对于输出回路，RC 电路可吸收继电器触点切换时的电弧干扰。

3.2.2 参数计算

电阻值（R）：根据信号电流选择，一般取 100Ω～_1kΩ ，需避免电阻过大导致信号衰减。

电 容 值（C）： 按 干 扰 频 率 估 算， 公 式 为  ， 通 常 取C=0.1μF＼～1μF，使截止频率fc 低于干扰信号主要频率成分。

示例：若干扰频率主要为 10kHz ，取 R=510Ω ， C=0.1μF ，则 Φ_z≈3 .1kHz，可有效衰减10kHz 以上噪声。

3.2.3 安装要点

电容应选择高频特性好的瓷片电容或薄膜电容，电阻采用金属膜电阻以减少自身噪声。

电路应尽量靠近PLC 端子安装，缩短引线长度以降低寄生电感影响。

3.3 外加24DC 中间继电器实现电气隔离

3.3.1 隔离原理

24DC 中间继电器通过电磁耦合传递信号，其线圈与触点之间的绝缘耐压可达数千伏，能有效阻断感应电动势的传导路径。对于 PLC 输入，将传感器信号先接入继电器线圈，再将继电器触点作为 PLC 输入；对于输出，通过继电器触点控制强电设备，避免负载侧干扰反串至PLC 模块。

3.3.2 接线与保护

线圈保护：在继电器线圈两端反向并联续流二极管（如 1N4001），吸收线圈断电时产生的反电动势，防止干扰通过电源回路传播。

电源独立性：继电器电源（24VDC）应与PLC 电源隔离，或采用独立稳压电源，避免公共电源内阻耦合干扰。

3.3.3 优势与局限

该方法隔离效果显著，尤其适用于强电与弱电混合系统，但需增加继电器模块与布线成本，且触点响应速度（约10ms）可能影响高速信号传输。

四、综合应用与工程建议

4.1 多方法协同设计

在实际项目中，可组合使用三种技巧以应对复杂干扰。

例如：

对变频器驱动的电机控制回路，采用“中间继电器隔离 +RC 滤波”双重措施，抑制PWM 谐波与触点电弧干扰；

对超声波传感器信号，通过 PLC 内部定时器延迟采样，结合输入回路 RC滤波，消除触发瞬间的高频噪声。

4.2 其他辅助措施

接地设计：PLC 系统采用独立接地，接地电阻 <10Ω ，与变频器、高频电源等设备的接地体距离≥5m，避免地环路干扰；

线缆布局：动力电缆与信号电缆分槽敷设，间距 ⩾30cm ，信号电缆采用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地；

电源滤波：在 PLC 电源前端加装低通滤波器（如 LC 滤波模块），抑制来自电网的共模/ 差模干扰。

五、结论

针对生产线中变频器、超声波发生器、高频电源等设备产生的感应电动势干扰，本文提出的三种抗干扰技巧具有原理清晰、实施简便、成本可控的特点。其中，PLC 内部时间继电器适用于时序可控的干扰规避，RC 滤波电路擅长抑制高频噪声，24DC 中间继电器则能实现可靠电气隔离。实际应用中，需结合干扰特性与系统需求，灵活选择单一或组合方案，并辅以接地、布线等优化措施，以构建高可靠性的PLC 控制系统。

参考文献：

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