簡述PLC應用及使用中應注意的問題

摘要:本文介紹可編程控制器在工業控制領域的應用以及為保證正常運行應注意的一系列問題。

關鍵詞:PLC;工業控制;抗干擾;接地

中圖分類號:TB47 文獻標識碼:A文章編號:1672-8122(2010)10-0173-02

可編程控制器(ProgrammableController簡稱PLC)是隨著現代社會生產的發展和技術進步，現代工業生產自動化水平的日益提高及微電子技術的飛速發展而誕生的。在繼電器控制的基礎上，產生的一種采用微電腦技術制造的自動控制設備，它以順序控制為主，回路調節為輔，能完成邏輯判斷、定時、記憶和算術運算等功能。

隨著PLC的發展，功能不斷增強，集成度越來越高，網絡功能越來越強，它在處理模擬量、人機接口和網絡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成為現代工業自動化的支柱。

一、PLC的應用領域

可編程控制器作為一種通用的工業控制器，它可用于所有的工業領域。當前國內外已廣泛地將可編程控制器成功的應用到機械、鋼鐵、電力建材、汽車、石油、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，并且取得相當可觀的經濟效益。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，實現邏輯控制和順序控制。它既可用單機控制，也可用多機群控，也有可用于自動化流水線的控制。PLC根據操作按鈕、限位開關及其它現場給出的指令信號和傳感器信號，控制機械運動，進行相應的操作。如:數控機床、包裝生產線、注塑機程序控制等。

(二)過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、液位和速度等連續變化的模擬量，PLC采用相應的A/D、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。

(三)運動控制

目前，大多數的PLC制造商都提供拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸未知控制模塊，廣泛應用于各種機械、金屬切削機床、機器人、電梯等場合。

(四)數據處理

大部分PLC都具有不同程序的數據處理功能，能完成數據的采集、分析和處理。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。

(五)通信及聯網

現在，大多數PLC都具備通信能力，能實現PLC與計算機、PLC與PLC之間的通信。通過這些通信技術，更容易建立工程和工廠自動化系統，并可構成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統，滿足工廠自動化系統發展的需要。

二、PLC的特點

(一)可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能，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PLC的影響，同時還可以防止高電壓進入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。用良好的導電、導磁材料，屏蔽CPU等主要部件，可減弱空間電磁干擾。此外，多數模塊還設置了聯鎖保護、自診斷電路等。在軟件方面，設置故障檢測與診斷程序。

(二)設計、安裝容易，維護工作量少

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。

(三)編程簡單，使用方便

PLC是面向工礦企業中的一般電氣工程技術人員，它接口容易，編程語言易于工程技術人員理解和掌握，梯形圖語言對于熟悉繼電器控制的電氣控制線路圖的電氣工程技術人員來說感到非常親切，也更形象、直觀、簡單、易學。PLC的種類繁多，由于其產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模和要求不同的控制系統，用戶在硬件設計方面，只是確定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接線即可。

三、PLC應用中需要注意的問題

PLC是一種用于工業生產自動化控制的設備，一般不需要什么措施，就可以直接在工業環境中使用。然而，盡管有如上所述的高可靠性、抗干擾能力，但當生產環境過于惡劣，電磁干擾強烈，就可造成程序錯誤，造成設備失控，而不能保證PLC的正常運行。要提高PLC的控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家提高設備抗干擾能力，另一方面，要求在設計、安裝和使用維護中要多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能，因此，在使用中應該注意以下問題:

(一)工作環境

1.溫度要求:環境溫度在0℃～50℃，安裝時不能把發熱量大的元件放在PLC下面，四周通風散熱空間應足夠大。2.濕度:為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度一般不小于85%(無凝露)。3.振動:應使PLC遠離強烈的振動源，可以用減振橡膠來減輕柜內和柜外產生的振動影響。4.空氣:如果空氣中有腐蝕和易燃氣體，較多粉塵，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室內，并安裝空氣凈化裝置。5.電源:電源是干擾進入PLC的主要途徑之一。在干擾較強或可靠性要求較高的場合，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。當輸入使用外接電源時，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接收錯誤信息。

(二)控制系統中干擾及其來源

1.干擾源一般分類。現場電磁干擾是PLC控制系統中最常見的干擾因素之一。所謂治標先治本，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。共模干擾是信號對地的電位差主要由電網串入地電位差及空間電磁輻射在信號上感應的同方向電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路轉換成差模電壓，直接影響測控信號，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兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合及不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

2.PLC系統中干擾的主要來源及途徑。(1)強電干擾。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PLC的電源。(2)柜內干擾。柜內的高壓電器、大型感性負載、混亂布線都容易產生干擾。(3)來自信號線引入干擾。主要有兩種途徑:通過變壓器提供電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視;信號線受空間電磁輻射感應干擾。(4)來自接地系統混亂時的干擾。(5)PLC內部干擾。主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生。(6)變頻器干擾。首先，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，影響供電質量。其次，變頻器的輸出產生較強的電磁輻射干擾。

3.主要抗干擾措施。(1)供電系統的保護措施。一般采用隔離變壓器、交流穩壓器、晶體管開關電源等措施。(2)正確選擇接地點，完善接地系統。在實際控制系統中，接地是抑制干擾的主要方法，可以消除各電路電流流經公共地線阻抗所產生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響，使其不形成地環路，所以，如果接地線不佳或接地點選擇不當都會影響接地質量。

接地一般要求如下:第一，接地電阻在要求范圍內，PLC系統接地電阻應小于4Ω;第二，足夠的機械強度;第三，具有耐腐蝕的能力并做防腐處理;第四，在整個工廠中，PLC組成的控制系統要單獨設計接地。

PLC控制系統的地線包括以下幾種:第一，數字地(邏輯地):各種開關量信號的零電位。第二，模擬地:各種模擬量信號的零電位。第三，信號地: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:防止靜電感應而設。

根據PLC現場環境不同，接地線可做不同處理:

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

第二，交流地與信號地不能共用。由于一般電源地線的兩點間會有數毫伏，甚至幾伏，對低電頻電路來說，這是一個非常嚴重的干擾，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，對于模擬信號采用屏蔽浮地技術。

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

(3)對變頻器干擾的抑制，有下面幾種方式:

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

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

第三，使用輸出電抗器，在變頻器到電動機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生電磁輻射，影響其他設備正常工作。

第四，合理安裝及布線，一般來說，環境如果比較惡劣，為保證系統安全可靠運行，合理安裝及布線尤為重要。

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應用領域的不斷發展，如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。21世紀，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。

參考文獻:

[1]中國機械工業教育協會組編.可編程控制器及其應用[M].北京:機械工業出版社，2003.

[2]胡雪林.可編程控制器教程[M].北京:電子工業出版社，2007.