PLC控制系統(tǒng)供電優(yōu)化方法研究

遼寧職業(yè)學(xué)院　李云陽

?

PLC控制系統(tǒng)供電優(yōu)化方法研究

遼寧職業(yè)學(xué)院李云陽

【摘要】高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)為智能化工業(yè)控制管理提供了便捷的手段，PLC控制系統(tǒng)就是其中的一種。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾會(huì)通過工控機(jī)電源嚴(yán)重影響工控系統(tǒng)的使用，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PLC控制系統(tǒng)在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中應(yīng)考慮接地系統(tǒng)和供電之間的合理設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)的抗干擾性、PLC獨(dú)立于外部設(shè)備供電、控制系統(tǒng)不允許斷電時(shí)供電電源冗余等。本文通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)供電優(yōu)化的研究與探討，希望真正延長(zhǎng)供電系統(tǒng)無故障運(yùn)行時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng)；供電；優(yōu)化

0　前言

隨著工業(yè)自動(dòng)化的大力推進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)越來越依賴于自動(dòng)化設(shè)備，這樣的持續(xù)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的電源安全及質(zhì)量問題提出了更高水平的要求。在實(shí)際工程中，科學(xué)合理的供電系統(tǒng)是工程順利運(yùn)行的重要保障，是項(xiàng)目得以完成的物質(zhì)資源基礎(chǔ)。PLC控制系統(tǒng)作為管理的一種新時(shí)代手段，其本身的運(yùn)動(dòng)并不需要太嚴(yán)苛的措施，但工業(yè)環(huán)境中的PLC控制系統(tǒng)供電必須保障，才能使PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮正常的效用。

1　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)供電和接地

1.1供電設(shè)計(jì)

由于PLC供電回路一般是AC220V，50HZ普通市電，決定了電網(wǎng)頻率應(yīng)盡量穩(wěn)定，在供電網(wǎng)絡(luò)上也應(yīng)盡量避免因大用電量用戶的不斷起停設(shè)備現(xiàn)象導(dǎo)致的電網(wǎng)沖擊。PLC控制系統(tǒng)中，電磁干擾最容易從電源回路中進(jìn)入，因此需采取的抗電磁干擾設(shè)置比其他回路更多[1]。電磁干擾主要通過控電線路的阻抗耦合竄入PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)過PLC供電電源、變送器供電電源與PLC有電氣連接的儀表電源燈耦合進(jìn)入。不僅如此，大功率用電設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)也對(duì)PLC供電系統(tǒng)有嚴(yán)重的干擾作用，特別是電網(wǎng)內(nèi)部變化、大型電力設(shè)備的啟停、開關(guān)操作產(chǎn)生的浪涌、交直流傳動(dòng)裝置引發(fā)的諧波等，會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的PLC供電電源造成干擾。在整個(gè)系統(tǒng)抗干擾能力與穩(wěn)定性的提升中，為抑制電網(wǎng)電壓不穩(wěn)和貢工頻干擾，PLC供電回路可采用交流穩(wěn)壓器、分回路供電裝置、UPS、隔離變壓器等，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的最主要危害是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，其高達(dá)數(shù)百伏甚至上千伏的幅度可能破壞PLC控制系統(tǒng)的電源模塊，同時(shí)，其頻譜較寬，也會(huì)竄入PLC控制系統(tǒng)造成對(duì)其他單元的干擾。

1.2接地處理

PLC控制系統(tǒng)下，為其使用的安全性，應(yīng)合理區(qū)分?jǐn)?shù)字地、交流地、屏蔽地、信號(hào)地、模擬地、直流地、保護(hù)地等接地方法。在工程中連接地線應(yīng)遵守以下原則：以專用接地或公用接地代替串聯(lián)接地；信號(hào)地與交流地的地線區(qū)分開；屏蔽第與保護(hù)地和地銅排的連接應(yīng)各自獨(dú)立；遵守《PLC操作手冊(cè)》連接。PLC在出廠時(shí)就充分考慮了各種抗干擾能力，其本身的可靠性已具有一定水平，但工業(yè)控制過程中，對(duì)設(shè)備復(fù)雜的啟停過程，動(dòng)力線和控制線路的糾纏，使電磁場(chǎng)干擾十分嚴(yán)重，特別是在工業(yè)控制系統(tǒng)中輸入輸出渠道的復(fù)雜性使導(dǎo)線之間的耦合也形成通道干擾。加之PLC控制系統(tǒng)如果存在接地點(diǎn)，差異性的接地點(diǎn)因位置不同可能存在地電位差異造成的“地環(huán)電流”，產(chǎn)生嚴(yán)重的共模干擾。接地抗干擾技術(shù)就是對(duì)“地環(huán)電流”為中心的一系列技術(shù)問題的解決方法。采用一點(diǎn)公共接地，能有效減少與抑制“地環(huán)電流”的干擾。輸入輸出通道所形成的到導(dǎo)線間耦合現(xiàn)象有電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾，其成因不同，因此對(duì)應(yīng)的解決方式也不同。電廠耦合干擾產(chǎn)生于兩導(dǎo)線間的分布電容，主要有“遠(yuǎn)離”與“屏蔽”兩種方法。遠(yuǎn)離是指將弱信號(hào)線遠(yuǎn)離信號(hào)線敷設(shè)，特別是動(dòng)力線路，保持導(dǎo)線間100mm以上的安全距離。避免平行走線或盡量縮短平行走線長(zhǎng)度。屏蔽是指將要屏蔽的目標(biāo)導(dǎo)線裝在空心的導(dǎo)體或者金屬網(wǎng)內(nèi)，屏蔽電場(chǎng)影響。在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，電抗器、大電機(jī)、磁力開關(guān)與大電流載流等均為強(qiáng)力磁場(chǎng)干擾源，將干擾源屏蔽起來能有效抑制磁場(chǎng)耦合現(xiàn)象的出現(xiàn)，但在現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)過程中，這很難實(shí)現(xiàn)，只能被迫采取一些被動(dòng)的抑制技術(shù)。遠(yuǎn)離技術(shù)是消除干擾的有效方法，避免平行走線或縮短平行走線的長(zhǎng)度也能減少磁場(chǎng)耦合干擾。接地干擾技術(shù)能真正幫助PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有利于解決其中的電場(chǎng)、磁場(chǎng)干擾問題，是PLC控制系統(tǒng)在供電方案中必須注重的問題[2]。

2　PLC控制系統(tǒng)的電源配電

2.1以分組供電形式配電

在實(shí)際生產(chǎn)工作中，電源線會(huì)引發(fā)很多干擾，在供電線路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中應(yīng)將這種干擾最小化，將干擾較大的設(shè)備區(qū)分于測(cè)控裝置采用不同相線進(jìn)行供電，最好的辦法是從配電室直接用屏蔽電纜引出兩相供電。

2.2測(cè)控裝置與動(dòng)力設(shè)備各自獨(dú)立供電

測(cè)控系統(tǒng)中的被控設(shè)備一般采用交流電源，容量大、干擾嚴(yán)重，負(fù)載換標(biāo)的影響大，不對(duì)稱負(fù)載時(shí)中性點(diǎn)易發(fā)生較大便宜。而測(cè)控裝置使用的交流低壓電源容量小，但其使用要求干擾盡量小、電壓盡量穩(wěn)定。由此可見，兩種電源應(yīng)分開供電?？刹捎门潆娤浞珠_供電和電源變壓器分開供電兩種方式[3]。

2.3合理選擇電源功率容量

整機(jī)電源較大儲(chǔ)備量能讓測(cè)控裝置更適應(yīng)負(fù)載較大范圍變化、防止以電源引起的內(nèi)部干擾并使其動(dòng)態(tài)特性較好。誠(chéng)然，電源容量的增幅與體積、成本息息相關(guān)，因此一般應(yīng)選取0.5～1倍裕量。

3　PLC控制系統(tǒng)的電源隔離

交流電網(wǎng)中諧波、雷擊浪涌、高頻干擾等噪音的存在，使利用交流電源供電下的控制裝置與電氣設(shè)備不得不采取抑制交流電源干擾的措施。將測(cè)控系統(tǒng)與供電電網(wǎng)電源各自獨(dú)立開來，能規(guī)避因公共電阻引起的耦合，降低負(fù)載波動(dòng)的影響，有時(shí)為了保障安全，會(huì)將1:1的隔離變壓器添加于電源變壓器與低通濾波器之前。當(dāng)前國(guó)外研制出的NCT能切斷差模噪聲電壓與共模噪聲電壓，是較為理想的隔離變壓器。在優(yōu)化供電方案中，也可通過DC-DC變換器的運(yùn)用隔離直流電源，提升系統(tǒng)對(duì)電磁干擾的抑制能力。若生產(chǎn)過程中需要將控制裝置與電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)隔離開，那么氣直流供電電源也應(yīng)分別供電[4]。

4　PLC控制系統(tǒng)電源冗余技術(shù)

交流供電利用雙路冗余供電能提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。兩點(diǎn)路分別來組不同變電站，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)能自動(dòng)切換到另一線路供電。不間斷電源UPS能有效保障計(jì)算機(jī)，具有高度可靠性，但UPS本身電氣裝置的老化會(huì)使個(gè)別零件過早實(shí)效引起UPS故障。為保障其穩(wěn)定性運(yùn)行，可利用UPS冗余技術(shù)，UPS雙機(jī)熱備份，備用機(jī)的輸出端接至主機(jī)、同一市電電源洗可接入兩臺(tái)UPS的交流電源輸入端，熱備份機(jī)可保障負(fù)載設(shè)備在市電暫停時(shí)的正常供電[5]。避免因斷電造成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備、系統(tǒng)等問題的產(chǎn)生。為提升直流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，可通過二極管冰潔兩個(gè)直流電源，保障系統(tǒng)的一個(gè)直流電源故障時(shí)的正常工作。二極管的選用上應(yīng)盡量考慮導(dǎo)通電壓的值，盡量選擇獨(dú)立但接近的二極管，使兩個(gè)電源符合均勻，保障二極管故障時(shí)的高效處理。

5　結(jié)束語

在系統(tǒng)可靠性穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，PLC控制系統(tǒng)的供電優(yōu)化作用不可缺少，根據(jù)實(shí)際中應(yīng)用系統(tǒng)的環(huán)境和特點(diǎn)進(jìn)行多方考量，從宏觀角度進(jìn)行靈活選擇使供電技術(shù)得到有效提升。由于工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用平臺(tái)的推廣運(yùn)用，加快了其信息化步伐。工業(yè)企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的依賴與日俱增，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)PLC控制技術(shù)的應(yīng)用需求也會(huì)越來越大，進(jìn)而推進(jìn)穩(wěn)定、高效的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，帶動(dòng)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王中華.礦井煤流輸送系統(tǒng)優(yōu)化控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].江蘇:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2014．

[2]李海洋.起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)及上車布局優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連:大連海事大學(xué),2012．

[3]孫娟,郝吉廷,張洪波,許德彬,武琦.PLC控制系統(tǒng)供電優(yōu)化[J].電子制作,2015,02(01):63．

[4]畢立海,王靜,金紅兵.解決PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用中干擾問題的方法[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2011,02(01):126-128．

[5]王慶海.PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,16(03):173-174．