淺談可編程序控制器系統(tǒng)供電設(shè)計

常亮

摘 要:針對可編程序控制器應(yīng)用中常受到電網(wǎng)沖擊,直接影響控制系統(tǒng)的精度和可靠性,提出了系統(tǒng)供電設(shè)計方案。分析可編程序控制器對供電系統(tǒng)的要求,給出了供電系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計方法。實驗證明系統(tǒng)供電電源設(shè)計對可編程序控制器抗干擾性具有較大的使用價值。

關(guān)鍵詞:保護措施可靠性和抗干擾性能屏蔽供電電源

中圖分類號:TM571 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098x(2012)06(b)-0030-01

近年來,隨著科學技術(shù)的進步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,可編程序控制器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕云涓呖煽啃院筒僮骱唵蔚忍攸c,已形成了一種工業(yè)控制趨勢。

系統(tǒng)供電電源設(shè)計是指可編程序控制器CPU工作所需電源系統(tǒng)的設(shè)計。它包括I/O模塊供電電源設(shè)計、系統(tǒng)接地設(shè)計、供電系統(tǒng)的一般性保護措施、可編程序控制器電源模塊的選擇。

1 I/O模塊供電電源設(shè)計

傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、各種負載與I/O模塊之間的供電電源設(shè)計就是I/O模塊供電電源設(shè)計。在實際應(yīng)用中,基本上采用12V直流供電電源和220V交流供電電源。

1.1 12V直流I/O模塊供電電源設(shè)計

12V直流I/O模塊在可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)中廣泛使用。I/O模塊供電電源設(shè)計比較簡單,一般只需注意以下幾點:

(1)依據(jù)現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機構(gòu)實際情況而確定的I/O模塊供電電源,并不影響可編程序控制器CPU工作。

(2)12V直流穩(wěn)壓電源容量選擇是根據(jù)輸入模塊輸入信號為“1”時的輸入電流和輸出模塊輸出信號為“1”時負載工作電流而定。在計算時應(yīng)考慮所有輸出點同時為“1”的情況,并留有一定余量。

(3)有兩個開關(guān)分別控制輸出模塊和輸入模塊供電電源。系統(tǒng)啟動時,首先啟動可編程序控制器CPU,然后合上這兩個開關(guān)。當現(xiàn)場輸入設(shè)備或執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出故障時,可立即關(guān)掉這兩個開關(guān)。

1.2 220V交流I/O模塊供電電源設(shè)計

220V交流I/O模塊也被廣泛使用。將直流12V輸入輸出模塊換成交流220V輸入輸出模塊就實現(xiàn)了220V交流I/O模塊的供電設(shè)計。交流220V電源可直接取自整個供電系統(tǒng)交流穩(wěn)壓器的輸出端,要注意在交流穩(wěn)壓器設(shè)計時要增加相應(yīng)容量。

2 系統(tǒng)接地設(shè)計

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一.正確的接地不僅能抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作,而且還能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾.在設(shè)計中如能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來使用,可以解決大部分干擾問題。PLC與強電設(shè)備最好分別使用接地裝置,PLC接地線的截面積應(yīng)大于2mm2。

由于在實際接地中存在著連接阻抗和分散電容,所以一個系統(tǒng)的所有接地點與大地之間阻抗不能為零。若地線不佳或接地點不當,都會影響接地質(zhì)量。為保證接地質(zhì)量,在一般接地過程中要求如下:

(1)接地電阻一般應(yīng)小于4Ω。

(2)保證有足夠機械強度。

(3)要有耐腐蝕及防腐處理。

(4)在整個工廠中,可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)要單獨設(shè)計接地。

3 系統(tǒng)供電設(shè)計

3.1 供電系統(tǒng)的保護措施

頻率波動、電網(wǎng)沖擊產(chǎn)生的干擾將會傳播到可編程序控制器系統(tǒng)中。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能,在可編程序控制器供電系統(tǒng)中一般可采取隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器等措施。

(1)隔離變壓器。隔離變壓器可以抑制從電源線竄入到外來干擾,提高抗高頻共模干擾能力。高頻干擾信號不是通過變壓器繞組的耦合,而是通過一、二次繞組間分布電容傳遞的。在一、二次繞組之間加繞屏蔽層,并將它和鐵心一起接地,可以減少繞組間分布電容,提高抗高頻干擾能力。

(2)交流穩(wěn)壓器。交流穩(wěn)壓器可以抑制電網(wǎng)電壓起伏。交流穩(wěn)壓器容量要按實際最大需求容量30%計算。這樣既可以保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性,又有助于交流穩(wěn)壓器工作可靠。

3.2 電源模塊的選擇

可編程序控制器CPU所需工作電源一般是5V直流電源,一般編程接口和通訊模塊還需要5.2V和12V直流電源。這些電源都由可編程序控制器本身電源模塊供給?？删幊绦蚩刂破麟娫茨K可以包括各種各樣輸入電壓,有220V交流、110V交流和12V直流。確定了輸入電壓,也就確定了系統(tǒng)供電電源輸出電壓。

電源模塊輸出功率是CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總的消耗功率之和。在選擇電源模塊時,其額定輸出功率必須大于電源模塊輸出功率,并留有30%左右余量。

在選定電源模塊后,還要確定電源模塊接線端子和連接方式。接線端子與供電電源之間的連接是電源模塊輸入電壓通道,總線插座與可編程序控制器CPU總線之間的連接是輸出信號通道。

在工程實際中,供電系統(tǒng)設(shè)計還要重點考慮電源模塊的接線、系統(tǒng)接地連接、交流穩(wěn)壓器選擇及可編程序控制器電源模塊的輸入電壓等問題。

4 可編程序控制器系統(tǒng)供電設(shè)計

以上討論了可編程序控制器系統(tǒng)的供電電源和接地設(shè)計。一個完整的供電系統(tǒng)的總電源來自三相電網(wǎng),經(jīng)過系統(tǒng)供電總開關(guān)送入系統(tǒng),可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)都是以交流220V為基本工作電源,然后通過隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器提供輸出電源。輸出的電源分成兩路,一路為可編程序控制器模塊供電,另一路為可編程序控制器輸入輸出模塊和現(xiàn)場檢測元件、執(zhí)行機構(gòu)供電。

在多機系統(tǒng)中,如果每個可編程序控制器都單獨供電,則可分別取自不同相電壓,以保證三相電源平衡。

綜上所述,可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)的完整供電設(shè)計,在實際工作中的應(yīng)用可根據(jù)情況略作改動,但一些基本原則必須要遵守,以保證控制系統(tǒng)精度和可靠性,保證系統(tǒng)安全可靠運行。

5 結(jié)語

可編程序控制器是一種新型的通用自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,專門為工業(yè)控制而設(shè)計。這一新型的通用自動控制裝置具有很高的可靠性、較強的工作環(huán)境適應(yīng)性和極為方便的使用性能。因此,只有為可編程序控制器系統(tǒng)提供了可靠、安全的供電電源,才能充分地發(fā)揮出其優(yōu)越的性能,使其在以后的工作中得到廣泛應(yīng)用。