基于PLC在全自动洗衣机控制系统中的设计.doc

1、目 录1 前言12 课题任务分析22.1 整体功能介绍22.2 设备控制要求32.2.1 “正常运行”方式具体控制要求32.2.2 “强制停止”方式具体控制要求33 控制系统的设计33.1 控制系统框图33.2 控制系统对应设备及实现功能43.3 控制系统原理54 硬件电路的设计54.1 系统的选型54.1.1 I/O点数统计54.1.2 用户存储器容量的估算64.2 CPU单元设计84.3 硬件接线图94.4 通讯方式94.7 通讯模块105 软件的设计115.1 I/O分配115.2 流程图135.3 源程序155.3.1 进水185.3.2 洗衣195.3.3 排水215.3.4 脱水2

2、25.3.5 洗完报警235.4 程序运行过程分析295.5 程序的下载、安装和调试306 系统的可靠性和抗干扰分析306.1 干扰源分析306.1.1 干扰源及其一般分类306.1.2 PLC系统中干扰的主要来源及途径316.2 一般抗干扰措施326.2.1 硬件措施326.2.2 软件措施336.3 本设计采用的抗干扰措施337 总结348 结论34参考文献35致 谢35 摘 要：随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都

3、和世界领先水平同步。该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。关键词：PLC；自动洗衣机；控制 Abstract: With the social economy development and the improvement of technology and science , the family electrical appliance full-automation becomes the inevitable development tendency. Full- automat

4、ion washer production simplifies peoples life tremendously. The washer is the only domestic electrical appliance which does not carry the price fights policy in the family electrical appliance industry .With several years steady development, the domestically produced washer regardless of in quality

5、or in function is all along with the world leading level . This paper studies how the PLC controls full-automation washer,analyses and discusses software design and hardware design , has realized the full- automatiion washer normal operation and compulsory stops the function. Key word: PLC；entire au

6、tomatic washer；control1 前言根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表

7、现现代家电品的实用性4。在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的 优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功

8、能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。2 课题任务分析2.1 整体功能介绍 普通洗衣机工作流程示意图如图1所示。图1普通洗衣机工作流程图Fig.1 Ordarry washing machines work flowchart洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。2.2 设备控制要求全自动洗衣机控制要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制要求。正常运行2.2.1 “正常运行”方式具体控制要求按下启动按扭，开始进水直

9、到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转；洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒；如此循环5次，总共320秒开始排水；水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒；开始清洗，重复前面步骤，清洗两遍；清洗完成，报警3秒并自动停机。强制停止2.2.2 “强制停止”方式具体控制要求若按下排水按扭可以实现手动排水；若按下停车按扭，可实现手动停止进水，排水 脱水及报警3 控制系统的设计3.1 控制系统框图 控制系统图如图2所示图2 全自动洗衣机控制系统图Fig.2 Control system constitutes map3.2 控制系统对应设备及实现功能表1 外部设备对应表T

10、ab.1 External equipment tables对应的外部设备启动按扭停止按扭水位选择开关（高水位）水位选择开关（中水位）水位选择开关（低水位）手动排水开关手动脱水开关高水位浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关表2 输出设备对应表Tab.2 Output equipment tables对应的输出设备进水电磁阀排水电磁阀洗涤电动机正转继电器洗涤电动机反转继电器脱水桶报警器3.3 控制系统原理自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的，水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。进

11、水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动1。4 硬件电路的设计4.1 系统的选型4.1.1 I/O点数统计I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%30%的备用量。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，考虑余量后需要14个数字输入点10个输出点3。统计得输入:启动按扭停止按扭水位选

12、择开关（高水位）水位选择开关（中水位）水位选择开关（低水位）手动排水开关手动脱水开关高水位浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关统计得输出:进水电磁阀排水电磁阀洗涤电动机正转继电器洗涤电动机反转继电器脱水桶报警器4.1.2 用户存储器容量的估算PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于12KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出

13、元件：510B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100150B/个通信接口：一个接口一般需要300B以上根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，需内存280B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B2。4.1.3 CPU功能与结构的选择PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的

14、要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。综上所述，结合下表分析表3 CPU选型表Tab.3 CPU shaping table分类 CPU22 1 CPU22 2 CPU22 4 CPU22 6程序存储器 2048字 2048字 4096字 4096字用户数据存储器 1024字 1024字 2560字 2560字用户存储器类型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM数据后备典型时间 50H 50H 190H 190H本机IO 6入/4出 8入/6出 14入/10出 24入/16出扩展模块数量 无

15、2个 7个 7个数字量IO印象区大小 256（128入/128出）模拟量IO印象区大小 无 16入/16出 32入/32出 32入/32出33Hz布尔指令执行速度 0.37/微妙/指令内部继电器 256计数器/定时器 256/256顺序控制继电器 256该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块5。综上所述选用西门子S7-200型PLC4.2 CPU单元设计集成

16、的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280 mA，400mA。可用负载电源。本设计中所用CPU为CPU224 。本机数字量输入/输出点 CPU224有14DI/10DO本机模拟最输入/输出点CPU 224XP有2个AI/1AO。 4.3 硬件接线图图3 PLC接线图Fig.3 PLC wiring diagram4.4 通讯方式内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。PPI接口为RS485，可在三种方式 下工作：PPI方式：PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列P

17、LC开发的通讯协议。通过普 通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为9.6kbit/s,19.2 kbit/s和187.5 kbit/s。CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。MPI方式：通过内置接口连接到MPI网络上。波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。S7-200可与S7-300/400通讯，S7-200CPU在MPI网络中作为从站，彼此间不能通讯。自由通讯口方式：是一个很有特色的功能。S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。即可以由用户自行定义通讯协议。波特率最高38.4kbit/s6。PROFIBUS-DP网络：CPU222、224XP、2

18、26可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUS DP网络协议。最高传输速率为12Mbit/s。4.5 EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。4.6 电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。4.7 通讯模块品牌：SIEMENS-西门子 名称：通讯模块SINAUT TIM 4R-IE 型号：SINAUT TIM 4R-IE图4 通讯模块图Fig.4 Communication

19、module chart有四个接口用于单一和冗余的传输： 2个组合的RS232/RS485接口用于连接经典的WAN，如专线、无线或拨号网络 RJ45接口用于连接到基于IP的网络（WAN或LAN），如FOC、DSL、GPRS等 紧凑的部件用于多种用途： 作为独立部件（独立运行无需S7-300CPU），TIM可以承担SINAUT通讯用于一个或多个S7-400PLC或控制中心PC(SINAUTST7cc或ST7sc)；此时连接是通过TIM的Ethernet口之一进行7。 在S7-300PLC中作为通讯处理器（CP）。 S7-400CPU或控制中心PC因此能够执行SINAUT通讯： 经两个任意的SIN

20、AUTWAN网络与SINAUTST7搭档 。经两个基于IP的网络与SINAUTST7用户。 所有四个接口可以同时用于SINAUT通讯。 四个传输路径可互不相同并且每个路径可独立运行，或工作于冗余组合。 方便地建立冗余传输路径经两个经典WAN、两个基于IP的网络或WAN+基于IP的网络的组合。 如果作为CP置于S7-300PLC中，可使用附加的通讯： 与CPU通讯 经此CPU的MPI接口与其它连接到MPI总线的CPU和控制中心PC(ST7cc,ST7sc)。 与机架中其它的TIM 消息存储器高达56000数据消息帧。SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控

21、制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比8。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统9。5 软

22、件的设计5.1 I/O分配这个控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、水位选择开关、手动排水开关、自动排水开关、高水位浮球开关、中水位浮球开关、低水位浮球开关、水排空浮球开关共11个输入点。具体输入分配入下表：这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器共5个设备。但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态，分别对应正转继电器和反转继电器，所以输出点应该有6个。具体输出分配入下表：表4 数字量输入地址分配表Tab.4 Digital quantity entry address distribution list输入地址对应的外部设备I0.0I0.1I0.2I0.

23、3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6启动按扭停止按扭水位选择开关（高水位）水位选择开关（中水位）水位选择开关（低水位）手动排水开关手动脱水开关高水位浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关标准洗开关轻柔洗开关强洗开关漂洗开关表5 数字量输出地址分配表Tab.5 Digital quantity output address distribution list输出地址对应的输出设备Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7进水电磁阀排水电磁阀洗涤电动机正转继电器洗涤电动机反转继电器脱水桶报警器快轴触点组一快轴触

24、点组二表6 内部位元件地址分配表Tab.6 In spot part address distribution list定时器/计时器对应的作用T37T38T42T39T43T40T41C50C51进水暂停计时正洗计时正洗暂停计时反转计时反转暂停计时脱水计时报警计时正反洗循环计数大循环计数5.2 流程图全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。结束脱水打开手动脱水阀排水打开手动排水阀洗涤电机和脱水桶停止转动，进水和排水电磁阀闭合按动停止按扭正常运行开始图5 强制停止流程图 Fig.5 Compulsion stop flow chart 图6 正常运行流程图Fig.6

25、 Normal operation flow chart5.3 源程序在本程序中，M0.0是按下启动按扭的辅助继电器；M0.1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器；M0.2是判断洗衣机水位是否和设定水位一致的辅助继电器；M0.3是停止自动洗衣的辅助继电器。NETWORK1按下启动按扭，开始洗衣LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0NETWORK 2洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器LD I0.2AN I0.7LD I0.3AN I1.0OLDLD I0.4AN I1.1OLD= M0.1OLD= M0.1NETWORK3洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器LD I0

26、.2A I0.7LD I0.3A I1.0OLDLD I0.4A I1.1OLD=M0.2NETWORK4停止自动洗衣辅助继电器LD I0.1O M0.3AN I0.0= M0.3所对应的梯形图如图所示。图7 辅助继电器梯形图Fig.7 Auxiliary relay trapezoidal chart5.3.1 进水在正常情况下，按下启动按钮或者脱水完毕，而且洗衣大循环未到2次时，开始进水，当水位到设定水位后停止进水，等待2分后进入洗衣过程。在强制停止情况下，当停止按钮按下时立即停止进水。它的助记符程序为：NETWORK5进水到设定的水位LD M0.0LD T40AN C51OLDO Q0.

27、0A M0.1AN I0.1= Q0.0NETWORK6进水到设定的水位后等待2sLD M0.2AN 10.1AN Q0.2AN 10.3TON T37，+20所对应的梯形图如图所示。图8 进水梯形图Fig.8 Enters the water trapezoidal chart5.3.2 洗衣进水到设定水位2s后，开始洗衣，先正转30s，停止2s然后再反转30s，停止2s这样循环5次后进入排水过程。NETWORK7洗涤电动机正转30sLD T37LDN C50A T39OLDO Q0.2AN T38= Q0.2TON T38，+300NETWORK8洗涤电动机停2sLD T38ON T42O

28、 T39TON T42，+20NETWORK9洗涤电动机反转300sLD T42AN C50O Q0.3AN T39= Q0.3TON T39，+300NETWORK10洗涤电动机停2sLD T39TON T43，+20所对应的梯形图如图所示图9 洗衣梯形图Fig.9 Washes clothes the trapezoidal chart5.3.3 排水洗衣过程完毕后，进入排水过程。水排空后停止排水。它的助记符程序为：NETWORK11洗衣小循环5次LD Q0.3LD Q0.1CTU C50，+5NETWORK12排水，直至水排空LD C50O Q0.1AN I0.1AN I1.2LD M0

29、.3A I0.5OLD= Q0.1所对应的梯形图如图所示。 图10 排水梯形图Fig.10 Draining water trapezoidal chart5.3.4 脱水水排空后，开始脱水，脱水30s后停止脱水。因为判断水排空是否在排水完毕后，所以要用到排水完毕辅助继电器。它的助记符程序为：NETWORK13排水完毕辅助继电器LD Q0.1O M0.4AN Q0.4= M0.4NETWORK14脱水30sLD I1.2A M0.4O Q0.4AN T40AN I0.1O I0.6= Q0.4TON T40，+300所对应的梯形图如图所示。图11 脱水梯形图Fig.11 Dehydrated

30、trapezoidal chart5.3.5 洗完报警洗衣大循环3次后，开始洗完报警过程，3s后停止报警，这样整个过程结束。它的助记符程序为：NETWORK15洗衣大循环3次LD Q0.4LD Q0.5CTU C51，+3NETWORK16报警3sLD C51O Q0.5AN T41= Q0.5TON T41，+30所对应的梯形图如图所显示图12 洗完报警梯形图Fig.12 Washes the warning trapezoidal chart5.3.6 洗衣方式选择本程序中Q0.6和Q0.7分别对应主电机和程控电动机的快轴触点组继电器KM10和KM11。NETWORK17LD I1.3OR

31、 I1.4OUT Q0.6ANI I1.3OUT Q0.7所对应的梯形图如图图13 洗衣机选择方式梯形图Fig.13 Washing machine selection approach ladder diagram强洗源程序到设定水位2s后，开始洗衣，正转40s，停止2s然后反转40s，停止2s这样循环10次后进入排水过程。NETWORK7洗涤电动机正转40sLD T37LDN C50A T39OLDO Q0.2AN T38= Q0.2TON T38，+400NETWORK8洗涤电动机停2sLD T38ON T42O T39TON T42，+20NETWORK9洗涤电动机反转40sLD T4

32、2AN C50O Q0.3AN T39= Q0.3TON T39，+400NETWORK10洗涤电动机停2sLD T39TON T43，+20强洗衣过程完毕后，进入强排水过程。强排水空后停止排水。NETWORK11洗衣小循环10次LD Q0.3LD Q0.1CTU C50，+10NETWORK12排水，直至水排空LD C50O Q0.1AN I0.1LD M0.3A I0.5OLD= Q0.1轻柔洗源程序到设定水位2s后，开始洗衣，先正转10s，停止2s然后再反转10s，停止2s这样循环5次后进入排水过程。NETWORK7洗涤电动机正转10sLD T37LDN C50A T39OLDO Q0.

33、2AN T38= Q0.2TON T38，+100NETWORK8洗涤电动机停2sLD T38ON T42TON T42，+20NETWORK9洗涤电动机反转10sLD T42AN C50O Q0.3AN T39= Q0.3TON T39，+100NETWORK10洗涤电动机停2sLD T39TON T43，+20洗衣过程完毕后，进入排水过程，轻柔洗的排水源程序跟标准洗排水源程序相同见5.3.3中的过程。漂洗进水到设定水位2s后，开始洗衣，先正转5s停止2s然后再反转5s，停止2s这样循环5次后进入排水过程。NETWORK7洗涤电动机正转5sLD T37LDN C50A T39OLDO Q0.

34、2AN T38= Q0.2TON T38，+50NETWORK8洗涤电动机停2sLD T38ON T42O T39TON T42，+20NETWORK9洗涤电动机反转5sLD T42AN C50O Q0.3AN T39= Q0.3TON T39，+50NETWORK10洗涤电动机停2sLD T39TON T43，+20洗衣过程完毕后，进入排水过程。漂洗排水空后停止排水。它的源程序为：NETWORK11洗衣小循环10次LD Q0.3LD Q0.1CTU C50，+10NETWORK12排水，直至水排空LD C50O Q0.1AN I0.1AN I1.2LD M0.3A I0.5OLD= Q0.1

35、5.4 程序运行过程分析按下启动按钮，I0.0接通，M0.0接通并自保，Q0.0接通，进水。到高水位时，I0.7接通，I0.7常闭触点断开，Q0.0断开，进水停止；I0.7常开触点闭合，Q0.2接通，正洗，T38开始计时，T38计时到，T38常闭触点断开，Q0.2断开，正洗暂停；T38常开触点闭合，使得T38自保，T42开始计时。T42计时到，T42常开触点闭合，Q0.3接通，反洗，T39开始计时。T39计时到，T39常闭触点断开，Q0.3断开，反洗暂停；T39常开触点闭合，使T39自保，T43开始计时。T43计时到，T43常开触点闭合，C50计一次数；T43常闭触点断开，使T38、T42、T

36、39、T43复位，Q0.0又接通，重复进行以上从正洗开始的全部动作，直到C50计满5次数时，C50常开触点接通，Q0.1接通并自保，排水，C50复位，准备下一次循环时再计数。排水到低水位时，I1.1断开，I1.1常闭触点闭合，Q0.2、Q0.4接通，脱水，T40开始计时。T40计时到，T40常闭触点断开，Q0.1、Q0.2、Q0.4断开，停止排水和脱水；T40常开触点接通，C51计一次数。Q0.1常闭触点闭合，Q0.0又接通，重复进行从进水开始的全部动作，直到C51计满2次数时，C51常闭触点断开，M0.0断开，停止洗涤；C51常开触点接通，Q0.5接通并自保，报警。C51常开触点接通又使C5

37、1复位，C51常闭触点闭合，准备好下一次启动。Q0.5常开触点接通，T41开始计时。T41计时到，T41常闭触点断开，停止报警。运行中按停止按钮时，I0.1常闭触点断开，则M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5断开，停止进水、排水、脱水及报警。按排水按钮时，I0.5常开触点闭合，Q0.1接通并自保，进行手动排水。5.5 程序的下载、安装和调试将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由STEP-7Micro/Win32软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行STEP7-Mi

38、cro/Win32编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试10。 6 系统的可靠性和抗干扰分析尽管PLC自身已具备较好的抗干扰能力，但在PLC控制系统的工程设计、应用维护过程中，系统抗干扰能力任然是系统可靠运行的关键。6.1 干扰源分析6.1.1 干扰源及其一般分类影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰源产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分

39、为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度11。6.1.2 PLC系统中干扰的主要来源及途径来自空间的辐射干干扰空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电

40、、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰，而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。来自电源干扰。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。

41、尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的12。来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号入侵。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大

42、大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作13。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其