淺談提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性

姚永紅

（廣東省城市建設高級技工學校，廣州 510650）

0 前言

PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定運行。下面將增強PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力、提高其可靠性的一些具體措施予以羅列，供同行參考。

1 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素

當PLC工作環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強或安裝不恰當時，可能使其收到錯誤信號，造成誤動作；或使其系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)丟失；嚴重時甚至會使其失控，影響可靠性。

PLC控制系統(tǒng)的干擾信號主要有電弧干擾、反電勢干擾、電子干擾、電源干擾，以及線路之間產(chǎn)生的干擾等幾種形式。其來源主要有：

（1）控制系統(tǒng)供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波所引起的干擾。

（2）其它設備或空中強電場通過分布電容耦合到系統(tǒng)中所引起的干擾。

（3）鄰近的大容量電氣設備起動、停止時，因電磁感應產(chǎn)生的干擾。

（4）相鄰信號線絕緣低，通過導線絕緣電阻引入的干擾。

2 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的具體措施

在系統(tǒng)設計時，針對干擾信號的不同種類和來源，采取相應措施，可消除（或減?。└蓴_對系統(tǒng)的影響。消除（或減?。└蓴_的措施主要是從阻斷干擾信號入侵途徑、降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性兩方面入手。此外，對PLC進行正確控制，使用可靠性高的外圍元件，也可以提高PLC控制系統(tǒng)可靠性。

2.1 提高供電電源可靠性

2.1.1 抑制從電源竄入的干擾

電源是干擾信號進入PLC控制系統(tǒng)的主要途徑，干擾信號主要通過供電線路的阻抗耦合進入系統(tǒng)，各種大功率用電設備是主要的干擾源。針對電源干擾的這一特點，采取如下措施：

（1）在干擾較強或?qū)煽啃砸筝^高的場合，在交流電源輸入端接入圖1所示的帶屏蔽的隔離變壓器和低通濾波器。

圖1 低通濾波電路與隔離變壓器

隔離變壓器的屏蔽層接地后可抑制從電源線竄入的外來干擾，從而提高系統(tǒng)抗高頻共模干擾的能力。

低通濾波器可以吸收掉電源中的絕大部分“毛刺”。壓敏電阻Rv的擊穿電壓略高于PLC正常工作的最高電壓，遇尖峰脈沖時被擊穿，電壓被鉗位在擊穿電壓，尖峰脈沖消失后壓敏電阻又恢復正常狀態(tài)。

變壓器一、二次側(cè)繞組之間加屏蔽層，并將它和鐵心一起接地，可以減小繞組間的分布電容，提高抗高頻差模干擾的能力。

（2）在電源前面加裝現(xiàn)成的電源濾波器，能有效地抑制電源線、線之間和線、地之間的干擾。

（3）使用DC220V電源（如蓄電池）給PLC供電，可顯著減小來自交流電源的干擾，在交流電源消失時，還能保證PLC的正常工作，是抑制電源干擾的有效措施。

對直接對220V交流電源進行整流的PLC，其開關(guān)電源輸入電壓范圍相當寬，可以使用220V的直流電源。使用直流電源時，有兩只二極管承受全部負載電流，因PLC的電源輸入電流很小，且整流橋留有較大裕量，實踐證明使用DC220V供電是可行的。

（4）條件允許時，可對PLC采用單獨的供電回路，以免大容量設備起動、停止對其產(chǎn)生干擾；照明線路的干擾比動力線小得多，其電源可以取自照明線路。

（5）外部輸入電路用的外接直流電源最好采用穩(wěn)壓電源，那種僅將交流電整流、濾波的電源含有較強的紋波，可能使PLC收到錯誤信息。

2.1.2 抑制系統(tǒng)內(nèi)其它電路產(chǎn)生的干擾

為防止輸入信號受干擾、感應電勢損壞模塊，當輸入端有感性元件時，應按圖2所示接續(xù)流二極管或RC吸收電路。當輸出端接感性負載時，為防止輸出信號變化時產(chǎn)生突變電流和感應電動勢，應按圖3所示接續(xù)流二極管或RC吸收電路。

圖2 輸入電路的處理

（a）直流負載 （b）交流負載

2.2 合理選擇、布置電線電纜，選擇合適的盤柜安裝位置

數(shù)字量信號一般對線纜無嚴格要求，可選用一般電纜；當傳輸距離較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速數(shù)字信號應選擇屏蔽電纜。通訊信號對線纜要求較高，信號頻率大于10MHz時應選擇光纖等專用線纜；在要求不高或信號頻率較低時，可選擇屏蔽電纜或雙絞線。

PLC控制柜的安裝位置應遠離大功率晶閘管裝置等強干擾源。PLC不允許與高壓電器設備安裝在同一柜內(nèi)；在同一柜內(nèi)PLC與動力線之間的距離應大于200mm；與PLC裝在同一個柜內(nèi)的繼電器、接觸器的線圈等感性元件，應在其兩端并聯(lián)消弧回路。

信號線與動力線應分開走線。不同類型的線應分別裝入不同的電纜管槽中，并使其有盡可能大的空間距離，信號線應盡量靠近地線或接地的金屬導體。

當數(shù)字量I/O線不能與動力線分開時，可用繼電器來隔離I/O線上的干擾。當信號線距離超過300m時，可采用中間繼電器來轉(zhuǎn)接信號或使用遠程I/O模塊。

信號線與電源線應分開走線，并保持一定的距離。如不得已要在同一電纜槽內(nèi)布線時，應使用屏蔽電纜。交流線與直流線應分別使用不同的電纜；I/O線的長度超過300m時，輸入線與輸出線應分別使用不同的電纜；數(shù)字量I/O線、模擬量I/O線應分開敷設，模擬量I/O線應使用屏蔽線。如果模擬量I/O信號離PLC較遠時，需用4～20mA或0～10mA的電流傳輸方式。不能用電壓傳輸方式。

傳送模擬信號線的屏蔽層應一端接地，以便泄放高頻干擾信號。數(shù)字信號線的屏蔽層應并聯(lián)電位均衡線，均衡線電阻應小于屏蔽層電阻的1/10，屏蔽層兩端接地。無法設置電位均衡線或只考慮抑制低頻干擾時，也可一端接地。

不同的信號線最好使用不同的插接件轉(zhuǎn)接，如必須用同一插接件轉(zhuǎn)接時，要用備用端子或接地端子將其隔開，以減小相互干擾。

2.3 正確接地

良好的接地是保證PLC控制系統(tǒng)可靠運行的重要條件，可避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC與強電設備最好分別接接地裝置，接地線的截面積應大于2mm2，距離應小于50m。

在電廠等有接地網(wǎng)絡可供使用，且各控制屏和自動化元件相距甚遠的情況下，必須分系統(tǒng)將弱電信號內(nèi)部的地線接通，然后各自用規(guī)定面積的導線統(tǒng)一引到接地網(wǎng)的某一點，實現(xiàn)控制系統(tǒng)一點接地的要求。

為減小干擾，應給PLC接專用的地線，接地點應與其它動力設備的接地點分開，禁止與其它設備串聯(lián)接地，更不能通過水管、避雷線接地。

使用擴展單元時，其接地點應與基本單元的接地點接在一起。

2.4 提高PLC輸出的可靠性

繼電器輸出型模塊的觸點工作電壓范圍寬，導通壓降小，與晶體管型和雙向晶閘管型模塊相比，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時，一般選用繼電器型輸出模塊。

在負載要求的功率超過PLC輸出的允許值時，應設置外部繼電器。PLC模塊內(nèi)的小型繼電器不能直接用來驅(qū)動DC220V的負載，必須先用PLC驅(qū)動外部繼電器，再用外部繼電器的觸點驅(qū)動DC220V的負載。斷開直流負載要求用較大的繼電器觸點，接通同一直流負載可用較小的觸點。選擇外接繼電器的型號時，應仔細分析是用PLC來控制接通外部負載還是斷開外部負載。

2.5 正確控制PLC

對系統(tǒng)PLC本身實施正確控制，也是在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時將事故造成的影響降到最低的有效措施。在PLC控制系統(tǒng)中，應設置緊急停止電路，以提高系統(tǒng)的安全性。緊急停止電路不應受PLC控制，圖4為一急?？刂凭€路方案。

圖4 急?？刂凭€路

除上述措施外，提高PLC控制系統(tǒng)外圍元件的可靠性，如用高可靠性的接近開關(guān)、光電開關(guān)代替機械限位開關(guān)等，也是提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的重要措施。實踐證明PLC外部的故障率，往往比PLC本身的故障率高得多。