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2．输出电路的抗干扰设计
对于PLC系统为开关量输出，可有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。具体选择要根据负载要求来决定。若负载超过了PLC的输出能力，应外接继电器或接触器，才可正常工作。
PLC输出端子若接有感性负载，输出信号由OFF变为ON或从ON变为OFF时都会有某些电量的突变而可能产生干扰。在设计时应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点，如图4所示。对于直流负载，通常是在线圈两端并联续流二极管D，二极管应尽可能靠近负载，二极管可为1A的管子。对于交流负载，应在线圈两端并联RC吸收电路，根据负载容量，电容可取0.1μF～0.47μF，电阻可取47Ω～120Ω，且RC尽可能靠近负载。
直流负载 交流负载
图4 PLC输出触点的保护
对于大容量负载电路，由于继电器或接触器在通断时会产生电弧干扰，须在主触点两端连接RC浪涌吸收器，如图5（A）所示，若电动机或变压器开关干扰时，可在线间采用RC浪涌吸收，如图5（B）所示。
图5 大容量负载抗干扰设计
（三）外部配线的抗干扰设计
外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线，要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而在控制器侧要接地。具体电路设计如图6所示。配线时在30米以下的短距离，直流和交流输入、输出信号线好不要使用同一电缆，如果要走同一配线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30米～300米距离的配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300米以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。
图6 屏蔽电缆的处理方法
（四） PLC装置的接地设计
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件之一，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相联，基本单元必须接地，如果选用扩展单元，其接地点与基本单元接地点接在一起。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应给PLC接以专用地线，接地线与动力设备(如电动机)的接地点应分开，若达不到此要求，则可与其他设备公共接地，严禁与其他设备串联接地，具体设计如图7所示。接地电阻要小于100ft，接地线要粗，接地面积要大于2平方毫米，接地点好靠近PLC装置，其间的距离要小于50米，接地线应避开强电回路，若无法避开时，应垂直相交，缩短平行走线的长度。
(a)好 (b)可以 (c) 不允许
图7 PLC系统接地设计
四、结论
PLC控制系统的抗干扰设计是系统的一个重要组成部分，本文只从硬件部分加以讨论。在软件编程上也可以利用软件的冗余设计技术设计一些程序，来屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在实际应用时可以利用硬件和软件的抗干扰技术，让PLC系统满足要求，并能达到一个理想的工作状态。
一、引言
可编程序控制器简称PLC，它是一种特殊的控制计算机，具有编程简单、通用性好、功能强等优点。广泛应用于工业控制领域和大型的医疗设备中，它直接连接被控设备的电子设备。很容易被周围干扰源干扰而引起控制系统产生误动作。为了让控制系统稳定工作，提高可靠性，在系统设计与安装时应采取一定的抗干扰措施。
二、PLC控制系统中常见的干扰因素
（一）空间辐射干扰
电气设备、电子设备的高密度使用，使空间电磁波污染越来越严重，这些干扰源产生的辐射波频率范围广，且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路，造成对系统的干扰。
（二）信号通道干扰
1．共模干扰
共模干扰对系统的放大电路形成干扰较大，系统的各种信号电流通过电源内阻和公共地线阻抗，都会产生干扰电压，形成共模干扰。
2．静电柏台千犰
电路之间的寄生电容使系统内某一电路信号的变化影响其他电路，形成静电耦合干扰，只要电路中有尖峰信号和脉冲信号等频率高的信号存在，就有静电耦合干扰存在。
3．传导耦合干扰
系统的信号在传输过程中容易出现延时、变形并接收干扰信号，形成传导耦合干扰。
（三）电源干扰
PLC系统一般由工业用电网络供电。工业系统中的某些大设备的启动、停机等，可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰，这些电压噪声均会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路，给系统造成极大的危害。
（四）数字电路引起的干扰
数字集成电路引出的直流电流只有mA级，当电路处在高速开关时，就会形成较大的干扰。例如，TTL门电路在导通状态下从直流电源引出5mA左右的电流，截至状态下则为lmA，在5ns的时间内其电流变化为4mA，如果在配电线上具有0.5μH的电感，当这个门电路改变状态时，配电线上产生的噪声电压为：
U=L x di/dt=0.5x 10-6 x 4x10-3 /5x10-9=0.4V
如果把这个数值乘上典型系统的大量门的数值，这种门电路的供电电压仅为5V，但所引起的干扰噪声将是非常严重的。
在处理脉冲数字电路时，对脉冲中包含的频谱应有一个粗略概念，如果脉冲上升时间t已知，可用近似公式求出其等效高频率：
fmax=1/2πt
三、PLC系统中的抗干扰设计
（一）电源部分的抗干扰设计
电源变压器是电源部分的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要大1.2～1.5倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。对于PLC的控制器电源，如果条件许可，还可在隔离变压器前加入滤波器，此时变压器的初级和次级连接线均要使用双绞线，如图1所示。这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱，增强了系统的可靠性。
图1 滤波器和隔离变压器的连接
PLC供电系统可采用如下方式，控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时，而不会影响其他部分，如输入、输出供电中断时，控制器仍能继续供电，提高了系统的可靠性，如图2所示。对于供电质量缺乏保证时（非长时间停电），控制器可利用UPS不间断电源供电，即将控制器前面的屏蔽变压器改为UPS不间断稳压电源。对于一些重要的设备（医疗设备等），为了提高系统的可靠性，交流供电电路可采用双路供电系统。
图2 使用隔离变压器的供电系统
（二）输入输出信号的抗干扰设计
为了防止输入、输出信号受到干扰，应选用绝缘型I/O模块。
1．输入信号的抗干扰设计
输入信号的输入线之间的差模干扰可以利用输入模块滤波来减小干扰，而输入线与大地间的共模干扰可通过控制器的接地来抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响，可采用硬件的可靠性容错和容差设计技术，即在负载两端并联电容C和电阻R，对于直流输入信号，可并接续流二极管D，具体电路如图3所示。
(a)交流输入信号的抗干扰 (b) 直流输入信号的抗干扰
图3 输入信号抗干扰设计
对于图3中CR的选择应适当，一般负载容量在10VA以下时，应选C为0.1μF，R为120Ω，当负载容量在10VA以上时，应选C为0.47μF，R为47Ω。
4、机型的选择
4.1 PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输人输出点数选型。
整体型PLC的1/O点数固定，用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种1/O卡件或插卡，用户可较合理地选择和配置控制系统的1/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
4.2 输入输出模块的选择
输人输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输人模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。
可根据应用要求，合理选用智能型输人输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
考虑是否需要扩展机架或远程1/O机架等。
4.3 电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220 VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输人和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
4.4 存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个1/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
4.5 冗余功能的选择
4.5.1 控制单元的冗余
1) 重要的过程单元：CPU(包括存储器)及电源均应1，1冗余
2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。
4.5.2 1/O接口单元的冗余
1) 控制回路的多点1/O卡应冗余配置。
2) 重要检测点的多点1/O卡可冗余配置。
3) 根据需要对重要的1/O信号，可选用2重化或3重化的1/O接口单元。
4.6 经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，终选出较满意的产品。
输人输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，图1表示了总点数与价格的关系。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
图1 总点数与价格的关系
从以上讨论可以得出，由于PLC采用"串行"工作方式，是同一元件，在梯形图中所处的位置不同，其工作状态也会有所不同，在利用梯形图进行控制程序编制时，应对控制任务进行充分分析，合理安排各编程元件的位置，才能够更为准确地实现控制。
三、PLC的编程元件
PLC的各种功能主要是通过运行控制程序来实现。编制程序时，需要合理使用PLC提供的编程元件（即软元件）。FPO型PLC中常用的编程元件有两种：位元件（bit）和字元件（word）。位元件实际上是PLC内存区域所提供的一个二进制位单元，又被称为软继电器，主要用作基本顺序指令的编程元件，如输入继电器Xn、输出继电器Yn、内部通用继电器Rn、定时（计数）器等，其参与控制的方式主要是通过对应触点的通断状态改变影响逻辑运算结果即输出。
字元件则为PLC内存区域内的一个字单元（16bit），主要用作功能指令和指令的编程元件，通常用以存放数据，如数据寄存器DTn，定时(计数)器的设定值SVn、经过值EVn等。字元件没有触点，通常以整体内容参与控制。
内存中的输入（X）区、输出（Y）区和内部通用（R）区，该区中的每个bit均可用作位元件，每16bit可构成一个字元件，如WRIO即是由16个位元件R100～R10F构成的字元件，该字元件中的内容一旦发生变化，这16个位的状态也随之发生改变。如：
图7 编程元件示例程序
图7所示程序中，WR0即为字元件，是左移位指令SR的编程元件，而Y0为输出软继电器的线圈，X0、X1、X2、X3则为输人软继电器的触点，其中第4步的R4触点为位元件R4的常开触点，而位元件R4又是字元件WR0中的一位，其状态受限于WR0的移位结果。
四、顺序控制多步同输出的编程方法
顺序控制是生产现场常见的一类控制任务，步进指令是PLC指令库中专用于顺序控制的。步进指令编程时，根据工艺流程将程序划分为一个个独立的程序段，执行时，CPU严格按梯形图编程顺序，只有执行完前一段程序后才能激活下一段程序，并在下一段程序执行之前，将前面程序段复位。并且在语法上要求各程序段所使用的输出不允许重复。这在解决顺序控制任务中有多步同输出的情况时，就带来了一定的困难。借助于内部通用继电器可方便解决这一难题。如某一顺序控制任务如以下流程图（图8）所示。
图8 某机械手动作流程图
从机械手动作流程图可以看出，这个控制任务每个循环的工作可以划分为八步，其中第1步与第5步动作相同，均为上升；第3步和第7步动作相同，均为下降。在利用步进指令进行编程时，这两个工步所对应的程序段的输出不能直接设置为Y3、Y4，同一个输出使用两次则会出现语法错误。这时应考虑使用用于存储中间状态的内部通用继电器Rn来解决这个问题。如图7所示梯形图程序，其中R1、R5分别被定义为第1步与第5步的输出，R3、R7分别被定义为第3步与第7步的输出，在步进结束后再将R1、R5的状态输出到上升Y3，将R3、R7的状态输出到下降Y4，通过这样的方法可方便解决顺序控制任务中若干工步输出相同的问题。
图9 机械手控制梯形图
五、结束语
初学者对于PLC的基本应用易于掌握，但要做到灵活使用仍需对一些技术难点和使用技巧深刻理解。在编程之前，要对控制任务进行认真分析，合理选择外部设备和编程元件，并以此为基础进行编程；在编程过程中，如能灵话巧妙地使用编程元件，合理地进行程序编排，可使程序逻辑清楚，可读性增强。