1 引言
在工业PLC控制系统中，远程I/O是一种高速局域网络，实际上就是以总线的方式将输入/输出设备和中央控制器(CPU)连接起来，从而实现对输入/输出设备的远程控制的一种解决方案。PLC工作于工业现场，直接与被控装置和设备相连接，而自身工作电压较低，工作频率较高，因此现场的各种干扰对它将会造成很大影响，甚至引起误动作造成重大损失，
在实际应用中，人们对远程I/O系统的信号干扰问题重视不够，使得系统对出现的各种干扰问题，处理起来非常头痛。这一点在工程的设计和实施阶段显得非常重要。因为远程I/O连接的是设备层，而且PLC与远程站之间的信息传输是在严格的时间段内进行的，因此任何干扰都有可能造成输入输出设备的状态和动作指令不能正确的传送和执行，从而造成系统误动作，甚至发生设备事故。下面以成品一起PLC干扰为例进行分析。
事故经过：2009年11月22日12;40时许，成品一二化流程全部停。正常启动后，大约到16时左右，一二化流程又停，在重新启动后又停一次，之后重启正常。当时停车时，散库控制室现场耙料机处有电焊作业，中午其停止作业期间流程没有再停，下午16时左右，又开始作业时，流程连续停，并且伴有操作站显示抖动，色变现象。在令其停止作业后流程运行正常。
一、直接干扰原因的分析：
1、通过这个现象初步分析，造成停机的直接原因可能是由于电焊机的高频干扰。
由于现场使用的是直流逆变电焊机 ，包括整流器和逆变器。整流器的作用将交流电转成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。其整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：其电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（50Hz基波）外，还叠加了一系列高次波形——谐波。即形成高次谐波污染，造成散库控制室的显示器系统不能正常工作，还要干扰二次仪表——压力、流量、可编程控制器及智能控制器正常工作，谐波还要使变压器、电动机、电容器及电抗器产生过热。
其产生的奇次谐波干扰非常严重，加上该系统施工时远程电缆的敷设基本没按规范施工，不仅和电力电缆同敷在一处桥架中，而且与远程站连接的分支器、终端器等也没有进行专门的屏蔽处理，这可能导致变频器的奇次谐波进入远程I/O系统引起远程I/O的通讯错误。
二、间接干扰原因的分析：
1、PLC系统的接地。
一般的PLC系统要求单独接地，以避免电气系统的各种干扰通过接地线进入PLC(SIEMENS公司的控制系统不要求PLC系统的接地与电气系统的接地严格分开，但是据我查阅有关资料得知，这么做的前提是电气系统的变压器中性点是不能接地的，而成品配电室1#、2#变压器中性点是能接地的)。该系统在施工时PLC接地极和电气耙料机、检修电源箱接地极多个节点连在了一起，由一根16mm2接地线连接到配电室接地极上。因此直流逆变电焊机在使用过程中由此形成的电流在接地线间也进入了PLC系统形成干扰。
2、PLC系统的电源
PLC应直接从低压配电室的主母线上采用专用线供电，以减少电机启停和其他因素给PLC带来的直接影响，同时由于电源电压在一定范围内会有波动，应使用交流电源稳压装置，在PLC和稳压电源之间加入一个隔离变压器，电源线采用双绞线，其截面积一般应大于2.5m2 ，使外部干扰对电源的影响降到最小。PLC的24V直流电源尽量不要给外围的各类传感器供电, 以防止外围传感器内部故障或供电线路短路造成PLC不能正常运行的安全事故，外围的传感器装置应采用专用的24V直流电源单独供电。在强电干扰比较严重的场合， PLC系统控制柜尽量远离强电柜，并单独接地，很好的避免了电源三相不平衡引起的影响。而实际散库控制室PLC电源直接从成品低压配电室由两根BV2.5m2导线供电，在PLC柜内既无稳压装置也无隔离变压器， PLC系统控制柜内强弱电不分。
三、临时措施实施：
在设备未改造前采取的措施：
今后成品散库作业不得在成品接电，要从二尿素现场接电。
仪表利用成品PLC改造机会检查处理成品仪表接地系统。
在成品扒料机进行作业时，成品车间与机电仪相关车间进行风险评价评估。
成品关于扒料机检修时，在执行电焊作业时，防止感应电流通过接地系统窜入仪表PLC系统，造成PLC状态发生变化，引起流程中断。
要求成品，电器，仪表，维修多交流，充分评价存在风险，避免类似事故发生
四、抗干扰措施完善：
在2010年6月由仪表车间负责对PLC系统抗干扰措施完善:
1) PLC系统的电源方面采用15KVA UPS(不间断电源)供电系统，这样当系统突然断电时，系统还可以继续工作一段时间。UPS电源电缆采用3*16mm2屏蔽电缆，防止高次谐波干扰。
2）重新设计布置接地系统
·接地极采用2块900×900×3的紫铜板，埋深2.5m;
·接地线采用70mm2的多股软铜线;
·所有的PLC机架及PLC接地端子均用绝缘板做到与柜体良好绝缘;
·系统接地电阻必须小于4Ω(实测1.24Ω);
·通讯电缆选在RIO处理器端单端接地，接地端为离RIO处理器最近的分支器。
3）PLC系统柜内改造完善
将远程I/O同轴电缆与电力电缆及控制电缆彻底分开，单独敷设，并全部采用穿管敷设;
电缆路由尽量远离变频器等高频干扰源;
所有的分支器由原来的PLC柜内安装移到远离柜体的位置单独安装，并用专门的金属屏蔽盒进行屏蔽;
分站电缆的长度统一取3m长，这一点一般的设计人员容易疏忽，一般都把分支器设计在PLC柜内安装，分支器与PLC机架的距离很小，它们之间的连接电缆也就在1m左右，这就容易造成信号反射。
远程I/O的始端和末端重新加装75Ω终端电阻。
4）抗干扰的软件措施
采取PLC的软件抗干扰技术来加以配合, 而且它能充分发挥PLC 的存储和高速运算与逻辑判断功能, 在成本增加不多的情况下取得很好的抗干扰效果。软件抗干扰措施主要有以下几种:
(1) 对开关量输入信号，采用继电器隔离、定时器延时的方式多次读入，结果一致再确认有效，这样可以消除触电抖动等偶发事故。
(2) 对模拟量输入信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响, 可以采取软件的数字滤波技术如中值法、算术平均值法、一阶递推数字滤波等算法。
五、 结束语
PLC远程I/O通讯的抗干扰问题比较复杂，出现的故障现象也是多种多样，令人头痛。但产生的原因殊途同归，基本上都是由没严格按规范设计施工、强高次谐波干扰或接地系统的问题引起的。本人以多年的工作经验对此次改造的PLC控制系统的可靠性和抗干扰设计进行了研究探讨，提供了一些有益的技术方案。