摘要:本文介紹可編程控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用以及為保證正常運(yùn)行應(yīng)注意的一系列問題。

關(guān)鍵詞:PLC;工業(yè)控制;抗干擾;接地

中圖分類號(hào):TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-8122(2010)10-0173-02

可編程控制器(ProgrammableController簡(jiǎn)稱PLC)是隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展而誕生的。在繼電器控制的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的一種采用微電腦技術(shù)制造的自動(dòng)控制設(shè)備，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。

隨著PLC的發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)功能越來越強(qiáng)，它在處理模擬量、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已提高，具有良好的控制精度和高可靠性，使得PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱。

一、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已廣泛地將可編程控制器成功的應(yīng)用到機(jī)械、鋼鐵、電力建材、汽車、石油、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，并且取得相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。PLC的使用情況主要分為如下幾類:

(一)順序邏輯控制

取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用單機(jī)控制，也可用多機(jī)群控，也有可用于自動(dòng)化流水線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場(chǎng)給出的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行相應(yīng)的操作。如:數(shù)控機(jī)床、包裝生產(chǎn)線、注塑機(jī)程序控制等。

(二)過程控制

過程控制是指對(duì)溫度、壓力、液位和速度等連續(xù)變化的模擬量，PLC采用相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

(三)運(yùn)動(dòng)控制

目前，大多數(shù)的PLC制造商都提供拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸未知控制模塊，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、金屬切削機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

(四)數(shù)據(jù)處理

大部分PLC都具有不同程序的數(shù)據(jù)處理功能，能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

(五)通信及聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)在，大多數(shù)PLC都具備通信能力，能實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與PLC之間的通信。通過這些通信技術(shù)，更容易建立工程和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要。

二、PLC的特點(diǎn)

(一)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能，因此PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。硬件方面，在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，可有效的抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，同時(shí)還可以防止高電壓進(jìn)入CPU模塊。濾波是抗干擾的又一主要措施，可消除或抑制高頻干擾。用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料，屏蔽CPU等主要部件，可減弱空間電磁干擾。此外，多數(shù)模塊還設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。在軟件方面，設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。

(二)設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。

(三)編程簡(jiǎn)單，使用方便

PLC是面向工礦企業(yè)中的一般電氣工程技術(shù)人員，它接口容易，編程語言易于工程技術(shù)人員理解和掌握，梯形圖語言對(duì)于熟悉繼電器控制的電氣控制線路圖的電氣工程技術(shù)人員來說感到非常親切，也更形象、直觀、簡(jiǎn)單、易學(xué)。PLC的種類繁多，由于其產(chǎn)品的系列化和模塊化，并且配有品種齊全的各種軟件，用戶可以靈活組合成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)，用戶在硬件設(shè)計(jì)方面，只是確定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接線即可。

三、PLC應(yīng)用中需要注意的問題

PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，一般不需要什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的高可靠性、抗干擾能力，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾強(qiáng)烈，就可造成程序錯(cuò)誤，造成設(shè)備失控，而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC的控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備抗干擾能力，另一方面，要求在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中要多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能，因此，在使用中應(yīng)該注意以下問題:

(一)工作環(huán)境

1.溫度要求:環(huán)境溫度在0℃～50℃，安裝時(shí)不能把發(fā)熱量大的元件放在PLC下面，四周通風(fēng)散熱空間應(yīng)足夠大。2.濕度:為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度一般不小于85%(無凝露)。3.振動(dòng):應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動(dòng)源，可以用減振橡膠來減輕柜內(nèi)和柜外產(chǎn)生的振動(dòng)影響。4.空氣:如果空氣中有腐蝕和易燃?xì)怏w，較多粉塵，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。5.電源:電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑之一。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。當(dāng)輸入使用外接電源時(shí)，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收錯(cuò)誤信息。

(二)控制系統(tǒng)中干擾及其來源

1.干擾源一般分類?，F(xiàn)場(chǎng)電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見的干擾因素之一。所謂治標(biāo)先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法，因此必須弄清干擾的源頭。通常，電磁干擾按干擾模不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差主要由電網(wǎng)串入地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)上感應(yīng)的同方向電壓疊加所形成。共模電壓通過不對(duì)稱電路轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞。這種共模干擾，可分為交和直干擾。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合及不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。

2.PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑。(1)強(qiáng)電干擾。電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到PLC的電源。(2)柜內(nèi)干擾。柜內(nèi)的高壓電器、大型感性負(fù)載、混亂布線都容易產(chǎn)生干擾。(3)來自信號(hào)線引入干擾。主要有兩種途徑:通過變壓器提供電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視;信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)干擾。(4)來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾。(5)PLC內(nèi)部干擾。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生。(6)變頻器干擾。首先，變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響供電質(zhì)量。其次，變頻器的輸出產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾。

3.主要抗干擾措施。(1)供電系統(tǒng)的保護(hù)措施。一般采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等措施。(2)正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾的主要方法，可以消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場(chǎng)與電位差的影響，使其不形成地環(huán)路，所以，如果接地線不佳或接地點(diǎn)選擇不當(dāng)都會(huì)影響接地質(zhì)量。

接地一般要求如下:第一，接地電阻在要求范圍內(nèi)，PLC系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于4Ω;第二，足夠的機(jī)械強(qiáng)度;第三，具有耐腐蝕的能力并做防腐處理;第四，在整個(gè)工廠中，PLC組成的控制系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)計(jì)接地。

PLC控制系統(tǒng)的地線包括以下幾種:第一，數(shù)字地(邏輯地):各種開關(guān)量信號(hào)的零電位。第二，模擬地:各種模擬量信號(hào)的零電位。第三，信號(hào)地:傳感器的地。第四，交流地:電源的地線。第五，直流地:直流供電電源的地。第六，屏蔽地:防止靜電感應(yīng)而設(shè)。

根據(jù)PLC現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，接地線可做不同處理:

第一，一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。一般情況下，高頻電路應(yīng)采用多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)采用一點(diǎn)接地。頻率在1MHZ，可采用一點(diǎn)接地，高于10MHZ時(shí)，采用多點(diǎn)接地。在(1～10)MHZ之間，可用一點(diǎn)接地，也可采用多點(diǎn)接地。

第二，交流地與信號(hào)地不能共用。由于一般電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏，對(duì)低電頻電路來說，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾，因此必須加以隔離。

第三，模擬地。模擬地的接法十分重要，為了提高共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)采用屏蔽浮地技術(shù)。

第四，屏蔽地。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接地也不一樣。電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問題，一般接大地;電場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)輻射干擾，利用低阻高導(dǎo)流金屬材料制成，可接大地。磁屏蔽以防磁鐵、電機(jī)、變壓器等磁感應(yīng)、磁耦合，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。

(3)對(duì)變頻器干擾的抑制，有下面幾種方式:

第一，加隔離變壓器，主要是針對(duì)來自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。

第二，使用濾波器，它有較強(qiáng)抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

第三，使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器，主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其他設(shè)備正常工作。

第四，合理安裝及布線，一般來說，環(huán)境如果比較惡劣，為保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，合理安裝及布線尤為重要。

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因此，在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。21世紀(jì)，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

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