8 Core Issues of PLC Product Immunity

1.工业生产车间中的大功率设备（如起重机、电焊机等）对PLC工业控制抗扰度的电磁兼容性有什么影响？如何进行防护？

答：大功率设备（电焊机、起重机等）通过传导和辐射双重路径干扰 PLC，具体影响及防护如下

主要影响：

1.  电源干扰：设备启停时产生电压骤降（如起重机启动导致电压跌落 10%~30%）或尖峰（电焊机引弧产生 kV 级尖峰），导致PLC电源模块过载、CPU复位
2. 辐射干扰：电焊机电弧、起重机电机的强辐射（1MHz~1GHz）耦合至PLC的信号线和通信线，导致模拟量采集失真、通信丢包
3. 地环路干扰：大功率设备的大电流流过接地网，形成地电位差（可达数伏），通过PLC 的接地系统引入共模干扰

防护措施

电源隔离与滤波：PLC电源前端加装隔离变压器（隔离电压≥2kV）和浪涌保护器（SPD，标称放电电流≥20kA）；输入端串联 π 型滤波器（共模电感 + X 电容），抑制传导干扰

物理隔离：大功率设备与 PLC 控制柜保持≥5m 距离，中间设置金属屏蔽墙（厚度≥1mm 钢板）；设备的动力电缆穿金属管敷设，金属管两端接地

接地优化：PLC 系统采用独立接地网（接地电阻≤4Ω），与大功率设备的动力接地分开（间距≥5m）；控制柜内用铜排做接地汇流排，缩短接地线缆长度（≤1m）

2.PLC工业控制抗扰度的设计中，如何选择合适的继电器和接触器以降低电磁干扰？不同类型的继电器和接触器在电磁兼容性方面有哪些差异？

答：选择与干扰抑制：

1. 机械继电器：需在触点两端并联RC吸收电路（R=100~1kΩ，C=0.1~1μF），抑制火花辐射；选用带磁吹灭弧的型号（如施耐德 RXM 系列），减少触点烧蚀
2. 固态继电器：选择 “零电压导通、零电流关断” 型（减少 dv/dt），输出端串联电感（10~100μH）抑制开关噪声；控制端与输出端采用光电隔离，阻断干扰传导
3. 接触器：大容量接触器（≥100A）需加装灭弧罩（金属栅片），线圈两端并联续流二极管（直流线圈）或 RC 电路（交流线圈），减少断电时的反电动势

3.PLC工业控制抗扰度的控制柜内，布线方式对电磁兼容性有何影响？如何进行合理布线？

答：控制柜内布线是 EMC 的关键环节，不合理布线会导致干扰耦合增强，合理布线需遵循以下原则：

布线对 EMC 的影响：

1. 平行布线：动力线与信号线平行（间距＜10cm）会通过电容 / 电感耦合产生串扰（如模拟量信号误差增大 10% 以上）
2. 环形回路：线缆形成环形（如电源线与回线绕成环）会成为辐射天线，放大干扰（10MHz 以上频段辐射增强 20dB）
3. 强弱电混布：220V 动力线与 4~20mA 信号线同线槽，会导致模拟量信号受工频干扰（50Hz 杂波）

合理布线方法

》》》分区布线：控制柜内划分 “动力区”（接触器、断路器）、“控制区”（PLC 模块、继电器）、“信号区”（端子排、变送器），区间用金属隔板隔离，线缆通过不同线槽敷设

》》》线缆处理

动力电缆（≥1.5mm²）粗短化，避免盘绕；模拟量信号线用屏蔽双绞线（屏蔽层单端接信号地），长度≤30m

通信线（如 Profibus、以太网）远离动力线，交叉时呈90°垂直，减少耦合面积

》》》接地布线：接地线缆用多股铜缆（截面积≥4mm²），短直连接至接地汇流排；信号地、功率地、保护地在汇流排单点共接，避免形成地环路

4. 在PLC工业控制行业，如何对抗扰度进行接地设计以提高其抗干扰能力？接地电阻的大小对抗扰度 的电磁兼容性有什么影响？

答：接地是PLC抗干扰的核心，合理设计可有效泄放干扰，具体如下

4.1 接地设计原则

· 接地类型

    信号地（SG）：PLC的模拟量 / 数字量信号参考地，需与模块接地端子可靠连接，阻抗≤1Ω

           功率地（PG）：接触器、继电器等功率器件的接地，通过粗线缆连接至汇流排，避免与信号地直接连通（通过 0Ω电阻或磁珠隔离

           保护地（PE）：控制柜外壳、金属隔板的接地，直接连接至接地网，防止触电和辐射泄漏

· 接地方式

• 低频（≤1MHz）电路采用单点接地（所有地线汇总至汇流排一点接地），避免地环路
• 高频（≥10MHz）电路（如通信模块）采用多点接地（就近连接至机柜接地柱），降低接地阻抗

4.2 接地电阻的影响及要求

· 接地电阻过大（如＞10Ω）会导致干扰无法有效泄放，使 PLC 外壳带电（感应电压＞50V）、信号地电位不稳定（引入共模干扰）

· 工业标准要求：PLC 系统接地电阻**≤4Ω**，接地体采用镀锌角钢（50×50×5mm），埋深≥0.8m，周围敷设降阻剂（如膨润土）；接地网与厂区动力接地网间距≥10m，避免相互干扰

5.工业环境中的温度、湿度变化对PLC工业控制抗扰度的电磁兼容性有哪些影响？抗扰度应如何设计以适应这些环境变化？

答：工业环境的温湿度波动会影响PLC的EMC性能，需针对性设计

温湿度的影响

· 高温（＞60℃）：电容容量下降（如电解电容容量衰减 20%）、磁芯磁导率降低（共模电感抑制能力下降），导致滤波器性能劣化；PCB 焊点氧化，接触电阻增大，传导干扰增强

· 低温（＜-20℃）：塑料部件脆化（如连接器外壳开裂）、线缆绝缘层变硬（屏蔽层接触不良），导致屏蔽效能下降

· 高湿度（＞85% RH）：PCB 表面凝露导致漏电流增大（绝缘电阻从 100MΩ 降至 1MΩ 以下），地环路干扰增强；金属部件锈蚀（如接地端子），接地阻抗上升

适应设计

· 元件选型：选用宽温器件（-40℃~85℃），如 PLC 模块选西门子 S7-1200（宽温版）、电容用钽电容（耐温＞125℃）继电器、接触器选用银触点（抗氧化）

· 防护措施

       控制柜加装温控风扇（温度＞40℃启动）或加热器（温度＜5℃启动），维持内部温度 15~35℃

       安装湿度传感器和除湿器（如冷凝式除湿机），控制湿度≤70% RH

  PCB 涂覆三防漆（厚度≥50μm），连接器用防水型（IP65），防止潮气侵入

6. PLC工业控制EMS中的传感器和执行器之间的信号传输容易受到电磁干扰，如何进行隔离和滤波以保证信号的准确传输？

答：传感器（如温度、压力）和执行器（如阀门、电机）的信号（4~20mA、0~10V）易受干扰，需通过隔离和滤波确保准确传输

隔离设计

· 信号隔离：在传感器与 PLC 之间加装隔离变送器（如西门子 7MF4033），通过光电耦合或磁隔离实现 “信号 - 电源 - 地” 全隔离（隔离电压≥2.5kV），阻断地环路干扰

· 电源隔离：传感器 / 执行器的供电采用隔离式 DC-DC 模块（如 TI DCP0105），与 PLC 电源系统完全分离，避免电源噪声耦合

滤波设计

· 低频滤波：模拟量信号线串联 RC 低通滤波器（R=250~1kΩ，C=0.1~1μF，截止频率 1~10kHz），滤除 50Hz 工频和电机谐波

· 高频滤波：在信号输入端串联铁氧体磁珠（阻抗≥100Ω@100MHz），抑制射频干扰（如变频器辐射的 100MHz 以上噪声）

· 线缆处理：信号传输用双绞屏蔽线（绞距 10~20mm），屏蔽层单端接信号地（靠近PLC侧），减少磁场耦合；线缆长度≤50m，过长时加中继器

7. PLC工业控制EMS中，如何通过软件编程来提高系统的抗电磁干扰能力？例如，采用哪些算法和策略来处理受干扰的信号？

答：软件编程可有效处理受干扰的信号，降低硬件干扰的影响，常用策略如下

7.1 数字滤波算法

平均值滤波：对模拟量信号（如温度、压力）连续采样 N 次（N=5~10），取平均值作为有效数据，抑制随机脉冲干扰

中位值滤波：对采样数据排序，取中间值，适合剔除突变干扰（如电焊机产生的尖峰干扰）

限幅滤波：设定信号合理范围（如压力传感器 0~1MPa），超出范围的采样值视为干扰，用前一次有效值替代

7.2 抗干扰策略

· 冗余校验：通信数据（如控制指令）加入校验码（CRC16、校验和），接收端验证失败则请求重传；关键参数（如设定值）存储双备份，定期比对一致性

· 超时与自诊断

       对传感器信号设置超时判断（如连续 500ms 无更新则报故障），避免死锁

       启用 PLC 的 watchdog 定时器（如西门子 S7 的 OB100），程序跑飞时自动复位

· 故障容错：设计 “失效 - 安全” 逻辑（如传感器断线时，阀门自动关闭）；重要控制环节（如生产线启停）采用 “双手动确认”，避免单信号干扰导致误动作

8.PLC工业控制EMS中的电源系统在受到电网电压波动和电磁干扰时，如何保证PLC的稳定运行？有哪些电源保护和滤波措施？

答：PLC 电源系统是电磁干扰的敏感环节，电网电压波动（如骤升 / 骤降、浪涌）和电磁干扰（如谐波、脉冲噪声）可能导致 PLC 死机、数据丢失甚至硬件损坏。保障稳定运行的核心措施包括

· 电源保护措施

o 加装 UPS 不间断电源：应对电网断电或持续波动，确保 PLC 供电连续性（尤其适用于关键生产环节）

o 配置 交流稳压器：针对电压长期偏移（如偏远厂区电网），稳定输入电压至 PLC 额定范围（通常 220V±10%）

o 安装 浪涌保护器（SPD）：在电源输入端串联 SPD，吸收雷击或电网切换产生的高能浪涌（如 10/350μs 波形的雷电浪涌）

· 滤波措施

o 串联 EMI 电源滤波器：抑制电网传入的高频传导干扰（10kHz~30MHz），同时阻止 PLC 内部干扰反向注入电网（需选择符合 IEC 61000-4-6 标准的滤波器）

o 采用 隔离变压器：通过电磁隔离切断共模干扰路径，尤其适用于模拟量模块供电，减少地电位差带来的干扰

o 直流侧加装 LC 滤波电路：针对 PLC 内部直流电源（如 24V），滤除高频纹波，稳定传感器和执行器的供电

https://www.yint.com.cn/news/knowledge/753.html   PLC工业控制 EMS 中，通信电缆数据传输错误解决问题？

https://www.yint.com.cn/news/knowledge/752.html    EMS 抗扰度在医疗仪器应用