PLC應用及使用中應注意的問題

李智慧

一、簡述

可編程控制器(以下簡稱PLC)從其產生到現在,實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍;其功能從弱到強,實現了邏輯控制到數字控制的進步;其應用領域從小到大,實現了單體設備簡單控制到完成運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高,成為工業控制領域的主流控制設備,在各行各業發揮著越來越大的作用。

二、PLC的應用領域

目前,PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業,使用情況主要分為如下幾類:

1.開關量邏輯控制。取代傳統的繼電器電路,實現邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

2.工業過程控制。在工業生產過程當中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量(即模擬量),PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量,完成閉環控制。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

3.運動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊,如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.數據處理。PLC具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

5.通信及聯網。PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展,現在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。

三、PLC應用中需要注意的問題

1.工作環境

(1)溫度。PLC要求環境溫度在0℃～55℃,安裝時不能放在發熱量大的元件下面,四周通風散熱的空間應足夠大。

(2)濕度。為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對濕度應小于85%(無凝露)。

(3)震動。應使PLC遠離強烈的震動源,防止振動頻率為10～55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時,必須采取減震措施,如采用減震膠等。

(4)空氣。避免有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境,可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

(5)電源。PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環境中,可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器,以減少設備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端,當輸入端使用外接直流電源時,應選用直流穩壓電源。因為普通的整流濾波電源,由于紋波的影響,容易使PLC接收到錯誤信息。

2.PLC系統中干擾的主要來源及途徑

(1)強電干擾。PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化,刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等,都通過輸電線路傳到電源原邊。

(2)柜內干擾。控制柜內的高壓電器,大的電感性負載,混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。

(3)來自信號線引入的干擾。與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線,除了傳輸有效的各類信息之外,總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾,這往往被忽視;二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾,即信號線上的外部感應干擾,這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低,嚴重時將引起元器件損傷。

(4)來自接地系統混亂時的干擾。接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設備向外發出干擾;而錯誤的接地,反而會引入嚴重的干擾信號,使PLC系統將無法正常工作。

(5)來自PLC系統內部的干擾。主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生,如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

(6)變頻器干擾。一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾,引起電網電壓畸變,影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾,影響周邊設備的正常工作。

3.主要抗干擾措施

(1)電源的合理處理,抑制電網引入的干擾。對于電源引入的電網干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

(2)正確選擇接地點,完善接地系統。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。

四、結束語

PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題,因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制抗干擾,才能夠使PLC控制系統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬,如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。在現代化日益發展的今天,PLC會有更大的發展,產品的品種會更豐富、規格更齊全,通過完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求,PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分,將在工業控制領域發揮越來越大的作用。□

(編輯/穆楊)