PLC控制系統(tǒng)輸出的可靠性措施

李萍

（浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江杭州310018）

為保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地工作，PLC系統(tǒng)采用多種措施以避免各種潛在的干擾因素。在輸出通道中，不同的輸出方式與負(fù)載連接方式，功率驅(qū)動(dòng)部分都可能會產(chǎn)生較嚴(yán)重的電氣噪聲干擾，并通過輸出通道耦合進(jìn)入系統(tǒng)；此外，執(zhí)行單元的可靠性檢測與控制，也影響著系統(tǒng)的可靠性。下面從輸出方式的選擇、與感性負(fù)載的連接、隔離設(shè)計(jì)、執(zhí)行單元故障處理等方面，來分析提高PLC輸出可靠性的措施。

1 PLC輸出方式的選擇

PLC控制系統(tǒng)的輸出接口電路一般有以下3種輸出形式：繼電器輸出，晶體管輸出，晶閘管輸出。對于頻繁通斷的小功率感性負(fù)載，可選擇晶體管輸出；而對于頻繁通斷的大功率感性負(fù)載，則一般采用晶閘管輸出。而繼電器輸出型PLC觸點(diǎn)工作電壓范圍寬，承受過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，故對動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載，可選擇繼電器輸出型PLC。

選用繼電器輸出型模塊時(shí)注意：

（1）如用PLC輸出模塊直接驅(qū)動(dòng)交流接觸器，應(yīng)將額定電壓為AC 380V的交流接觸器的線圈換成220V的。

（2）如負(fù)載要求的輸出功率超過PLC輸出模塊的允許值，應(yīng)設(shè)置外部繼電器。PLC輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點(diǎn)容量?。? A），斷弧能力差，不能直接用于DC 220V的負(fù)載電路中。

（3）選擇外接繼電器時(shí)，應(yīng)注意分析是PLC來接通還是斷開外部負(fù)載的，以便選用不同容量的繼電器。

2 PLC與感性負(fù)載的連接

對于感性負(fù)載（如繼電器線圈），為減少電路通斷時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢或浪涌電流對輸出端點(diǎn)所造成的沖擊，因此在輸出時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，保護(hù)PLC輸出觸點(diǎn)。對于直流負(fù)載，如圖1（a）所示，可在線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管（須注意二極管的極性），其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍；對交流負(fù)載，如圖1（b）所示，應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路，以抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對PLC的影響。根據(jù)負(fù)載容量，電容可取 0.1～120 μF，電阻可取 47～200 Ω，且 R、C元件應(yīng)盡量靠近負(fù)載。

圖1 PLC輸出觸點(diǎn)的保護(hù)電路

3 PLC輸出電路的隔離設(shè)計(jì)

PLC輸出電路一般須要進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，以防止較嚴(yán)重的電氣噪聲通過輸出通道耦合作用進(jìn)入系統(tǒng)。對于開關(guān)量輸出，接光電耦合器進(jìn)行隔離，是防止干擾最有效的措施之一，如圖2所示。其中PLC的+5 V電源和開關(guān)量輸出的+24 V電源是隔離的。當(dāng)PLC的接口輸出高電平時(shí)，經(jīng)與非門電路后為低電平，經(jīng)過光電耦合器使驅(qū)動(dòng)晶體管V導(dǎo)通，輸出繼電器K得吸合。同理，當(dāng)接口輸出低電平時(shí)，經(jīng)過光電耦合器可使V截止，輸出繼電器K釋放。

圖2 帶光電耦合器的開關(guān)量輸出電路

對于晶體管輸出型的PLC，輸出允許所帶負(fù)載電壓為24 V，無法直接驅(qū)動(dòng)交流接觸器。而固態(tài)繼電器作為一新興的無觸點(diǎn)開關(guān)，可用微小電流（數(shù)毫安）控制大功率負(fù)載的啟動(dòng)和關(guān)斷，可作為晶體管輸出型PLC的驅(qū)動(dòng)電路，如圖3所示，輸出信號之間采用了光電隔離電路。

當(dāng)PLC輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為交流接觸器時(shí)，可在PLC輸出端與驅(qū)動(dòng)元件之間增加固態(tài)繼電器SSR進(jìn)行隔離，如圖3所示。在交流感性負(fù)載L上并聯(lián)RC電路（一般可取R=150 Ω，C=0.5 μF），可抑制加在SSR輸出端的瞬間電壓。

圖3 帶固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)的晶體管輸出電路

4 執(zhí)行單元故障處理

當(dāng)現(xiàn)場信號準(zhǔn)確輸入給PLC后，PLC執(zhí)行程序，并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對現(xiàn)場裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。為保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)按控制要求工作，可采取以下措施：

當(dāng)負(fù)載由接觸器控制時(shí)，啟動(dòng)和停止此類負(fù)載轉(zhuǎn)為對接觸器線圈的控制，因此要求啟動(dòng)時(shí)接觸器可靠閉合，停止時(shí)接觸器可靠釋放?？稍O(shè)計(jì)如圖4所示的梯形圖來判斷接觸器是否可靠動(dòng)作。I 0.0表示接觸器啟動(dòng)按鈕，Q 0.0表示接觸器線圈輸出，I 0.1為引回到PLC輸入端的接觸器常開觸點(diǎn)，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間大于接觸器動(dòng)作時(shí)間。M0.0為設(shè)定的故障位，M0.0為ON表示有故障，應(yīng)作報(bào)警處理；M0.0為OFF表示無故障。

圖4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障判斷梯形圖

5 PLC輸出的互鎖與聯(lián)鎖措施

為提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性，除在PLC程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。如電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，要利用接觸器KM 1、KM2常閉觸點(diǎn)在PLC外部進(jìn)行互鎖，如圖5(a)所示。SB1、SB2、SB3分別為電機(jī)正向啟動(dòng)、反向啟動(dòng)和停止按鈕。KM1、KM2接觸器的常閉觸點(diǎn)串接到對方的輸出線圈中。圖5（b）的梯形圖設(shè)計(jì)從軟件實(shí)現(xiàn)了按鈕聯(lián)鎖，確保KM1、KM2X線圈不會同時(shí)得電，且可以直接進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換，大大方便了操作。因此在不同器件之間，有聯(lián)鎖要求時(shí)，最好也在PLC外部進(jìn)行硬件聯(lián)鎖。

圖5 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖

6 結(jié)束語

本文從PLC控制系統(tǒng)的輸出電路抗干擾的角度，探討了的一些具體措施。而PLC系統(tǒng)的抗干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合問題，還需要從PLC性能、設(shè)備選型、電源、輸入輸出電路、接地、電纜布線、軟件設(shè)計(jì)等方面，進(jìn)行全面綜合考慮和分析，根據(jù)具體情況合理地實(shí)施具體措施和對策，才能使PLC系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。

[1]周志敏.PLC控制系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)—工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]魏先民，PLC控制系統(tǒng)抗干擾問題研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，(6)：65-67.

[3]熊幸明，張文希．PLC控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的研究［J］.煤礦機(jī)電，2004，(3)：13-16.

[4]李海寧，李智敏.PLC控制系統(tǒng)的抗干擾分析[J].煤礦機(jī)械，2005，（11）：161-163.