论文部分内容阅读
摘 要 莫利掀开PLC的面纱以来给工业控制领域带来了翻天覆地的变化，尽管PLC较通用计算机有一定的优势但是其在日常应用中，仍然需要注意运行环境、PLC选型盲点以及抗干扰等问题，笔者结合多年工作感悟提出PLC应用的注意事项。
关键词 PLC；环境；干扰
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-092-01
自1968年 PLC问世以来，伴随着相关领域――半导体技术、计算机技术和通信技术的发展不断成长，已经处于工业控制领域的核心位置。
PLC称作可编程逻辑控制器（即Programmable Logic Controller），是一种专门用于工业控制的计算机，它和计算机有共性，也有独特之处。
1 运行可靠
工业生产的环境恶劣，要求PLC具有很强的适应能力，在相对较差的运行环境中（高温、高湿、粉尘、震动及强磁干扰等）能够长期并可靠地运行。
2 使用方便
由于PLC设计与制造时考虑了工业控制的使用要求，日常生产中只要做好了维保工作，基本属于免维修性质。作为工业控制的工具，PLC拥有与电路图纸类似的梯形图、较为简单的助记符及形象的功能块图等多种编程语言，方便普通的维修人员识别与维护以及开发人员进行编程设计。有部分工控厂商还进行了二次开发，嵌入控制算法于PLC中，形成了独特功能的PLC。
虽然PLC是基于工业生产自动化控制的而发明的，在工业环境中使用一般不需要采取什么措施。然而，生产环境过于恶劣（过高温度、电磁干扰强烈等）以及设计安装使用不当，可能造成电子元件的漂移导致程序错误或运算错误，甚至损坏PLC，从而产生误输出，这将会造成设备的失控和误动作，可能引发设备、人身事故。因此我们在PLC应用当中应该注意以下几点。
2.1 工作环境
虽然PLC厂家都会把它设计成能在惡劣的环境下工作的产品，但是每台PLC都会有自己的技术参数、应用范围。因此在选择产品以及实际的运用时，需要根据环境选择相应的PLC产品或者设计出适合已选PLC正常工作的环境。
1）温度。根据PLC组成的电子元件的工作温度以及散热要求，一般要求环境温度在0℃～55℃，具体见产品的说明书。当温度超过60℃时，建议在控制柜内加装强迫通风冷却或者制冷系统。电柜设计时不能放在发热量大的元件上方或下方，四周通风散热的空间应足够大。若在实际生产中发生固态继电器短路导致烧毁，其火熏黑了上方的PLC将导致模拟量模块报废。因此建议设计时将PLC与发热源分离。
2）湿度。PLC的内部有印刷电路板，如果有水和导电粉末在上面的话会造成电子元件的损坏，甚至会造成设备事故。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。因此，PLC电柜风机不能有结露的现象，适当考虑在控制柜内放置干燥剂等。
3）粉尘。如果PLC的周围有大量的尘埃，腐蚀性气体，导电粉末，油分，油雾等都会对PLC有很大的影响。需要设计密闭过滤隔离的PLC电柜。
4）震动。一般认为PLC耐震的频率是10 Hz-65 Hz，振幅是0.5 MM，加速度是2 G，冲击波是10 G。若超过这些参数，输入输出点的继电器可能误动作，将造成电磁阀和断路器的误动作，引起PLC的机械结构、电气部件的金属疲劳以及连接接触不良等情况。因此建议必要时可安装减震垫、减震胶圈。
5）电磁干扰。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力，但对于信号线的干扰无能为力。如对电源要求严格可使用带屏蔽的隔离变压器供电，信号线采用直流稳压电源供电。为防止柜内干扰以及接地干扰，I/O模块的配线要走导线槽，强电流、弱电流要分开走槽，要间隔40 mm以上，而且二者的接地不可共地。尽可能为信号线增加屏蔽层并且单点接地。如果需要可以在电源输入增加EMC滤波元件，以降低输入的干扰。
2.2 选型与抗干扰设计
PLC选型时，需要考虑较多，根据项目需要的输入输出以及实现的功能选择，当然最终归结于经济性。而我们选型最常忽略的是触点的容量，以及工作次数。
选型时需要着重触点是继电器还是晶体管，可控硅的比较少。一般继电器的标称都是10万次，2 A。驱动感性负载时，由于电流不会突变的特性，触点开合瞬间会产生一个尖峰电压，一般此时瞬间电压为原电压的20-200倍。为增加触点寿命，需要给负载安装保护电路，把触点释放时负载线圈产生的感应电势消化。如果动作延迟要求不严，可以考虑增加中间继电器驱动负载，降低驱动电流。在工业设计的时候，尽可能将触点动作频率降低，安装时注意输入点的感应距离，减少因误动而导致输出过于频繁。当输入闪动的时候，其相应的输出点也会频繁闪动导致寿命降低。
选用I/O模块时应考虑干扰因素，包括固态继电器的触发等，在干扰较强的地方，应选用ON电压高的，一般电子元件3 V以上被确认为高电平，而抗干扰好的则是7 V以上为高电平，能较好的消除低压干扰。模拟量I/O信号线较长时，应采用不易受干扰的420 mA电流信号传输方式，模拟量信号线和数字传输线分开布线并分别采用屏蔽线屏蔽层接地。
为了抑制外部噪声对PLC控制系统的干扰，在PLC控制系统中引入光耦合器。通过光电耦合器可以有效的把不同机组，不同流水线，不同工序的信号进行有效隔开，避免了输入输出之间的干扰和噪声传递。
良好的接地可以减少PLC控制柜与大地之间电位差引起的噪声，可以抑制混入电源和输入/输出信号线的干扰，可以防止由漏电流产生的感应电压等。接地线应尽量短且截面积大于2 mm2，接地电阻小于10欧姆，尽量靠近PLC，长度应在20 m以内为宜。控制器的接地线与电源线或动力线分开不能避开时应垂直交叉。
这是本人从事电气行业以来，所遇到的较为常见以及疑难的问题解决的立足点，虽然没特别针对写出案例，但是对所遇问题的一个总结。在日常项目设计、调试中最常出现的就是干扰，以及元器件寿命。在PLC应用中解决这些问题能够使工作更好的进行。
参考文献
[1]廖常初主编.PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2002.
[2]周万珍，高鸿斌，PLC分析与设计应用[M].电子工业出版社，2004.
[3]求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践[M].人民邮电出版社，2005.
[4]刘锴，周海主编，西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团[编].深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社，2004.
关键词 PLC；环境；干扰
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-092-01
自1968年 PLC问世以来，伴随着相关领域――半导体技术、计算机技术和通信技术的发展不断成长，已经处于工业控制领域的核心位置。
PLC称作可编程逻辑控制器（即Programmable Logic Controller），是一种专门用于工业控制的计算机，它和计算机有共性，也有独特之处。
1 运行可靠
工业生产的环境恶劣，要求PLC具有很强的适应能力，在相对较差的运行环境中（高温、高湿、粉尘、震动及强磁干扰等）能够长期并可靠地运行。
2 使用方便
由于PLC设计与制造时考虑了工业控制的使用要求，日常生产中只要做好了维保工作，基本属于免维修性质。作为工业控制的工具，PLC拥有与电路图纸类似的梯形图、较为简单的助记符及形象的功能块图等多种编程语言，方便普通的维修人员识别与维护以及开发人员进行编程设计。有部分工控厂商还进行了二次开发，嵌入控制算法于PLC中，形成了独特功能的PLC。
虽然PLC是基于工业生产自动化控制的而发明的，在工业环境中使用一般不需要采取什么措施。然而，生产环境过于恶劣（过高温度、电磁干扰强烈等）以及设计安装使用不当，可能造成电子元件的漂移导致程序错误或运算错误，甚至损坏PLC，从而产生误输出，这将会造成设备的失控和误动作，可能引发设备、人身事故。因此我们在PLC应用当中应该注意以下几点。
2.1 工作环境
虽然PLC厂家都会把它设计成能在惡劣的环境下工作的产品，但是每台PLC都会有自己的技术参数、应用范围。因此在选择产品以及实际的运用时，需要根据环境选择相应的PLC产品或者设计出适合已选PLC正常工作的环境。
1）温度。根据PLC组成的电子元件的工作温度以及散热要求，一般要求环境温度在0℃～55℃，具体见产品的说明书。当温度超过60℃时，建议在控制柜内加装强迫通风冷却或者制冷系统。电柜设计时不能放在发热量大的元件上方或下方，四周通风散热的空间应足够大。若在实际生产中发生固态继电器短路导致烧毁，其火熏黑了上方的PLC将导致模拟量模块报废。因此建议设计时将PLC与发热源分离。
2）湿度。PLC的内部有印刷电路板，如果有水和导电粉末在上面的话会造成电子元件的损坏，甚至会造成设备事故。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。因此，PLC电柜风机不能有结露的现象，适当考虑在控制柜内放置干燥剂等。
3）粉尘。如果PLC的周围有大量的尘埃，腐蚀性气体，导电粉末，油分，油雾等都会对PLC有很大的影响。需要设计密闭过滤隔离的PLC电柜。
4）震动。一般认为PLC耐震的频率是10 Hz-65 Hz，振幅是0.5 MM，加速度是2 G，冲击波是10 G。若超过这些参数，输入输出点的继电器可能误动作，将造成电磁阀和断路器的误动作，引起PLC的机械结构、电气部件的金属疲劳以及连接接触不良等情况。因此建议必要时可安装减震垫、减震胶圈。
5）电磁干扰。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力，但对于信号线的干扰无能为力。如对电源要求严格可使用带屏蔽的隔离变压器供电，信号线采用直流稳压电源供电。为防止柜内干扰以及接地干扰，I/O模块的配线要走导线槽，强电流、弱电流要分开走槽，要间隔40 mm以上，而且二者的接地不可共地。尽可能为信号线增加屏蔽层并且单点接地。如果需要可以在电源输入增加EMC滤波元件，以降低输入的干扰。
2.2 选型与抗干扰设计
PLC选型时，需要考虑较多，根据项目需要的输入输出以及实现的功能选择，当然最终归结于经济性。而我们选型最常忽略的是触点的容量，以及工作次数。
选型时需要着重触点是继电器还是晶体管，可控硅的比较少。一般继电器的标称都是10万次，2 A。驱动感性负载时，由于电流不会突变的特性，触点开合瞬间会产生一个尖峰电压，一般此时瞬间电压为原电压的20-200倍。为增加触点寿命，需要给负载安装保护电路，把触点释放时负载线圈产生的感应电势消化。如果动作延迟要求不严，可以考虑增加中间继电器驱动负载，降低驱动电流。在工业设计的时候，尽可能将触点动作频率降低，安装时注意输入点的感应距离，减少因误动而导致输出过于频繁。当输入闪动的时候，其相应的输出点也会频繁闪动导致寿命降低。
选用I/O模块时应考虑干扰因素，包括固态继电器的触发等，在干扰较强的地方，应选用ON电压高的，一般电子元件3 V以上被确认为高电平，而抗干扰好的则是7 V以上为高电平，能较好的消除低压干扰。模拟量I/O信号线较长时，应采用不易受干扰的420 mA电流信号传输方式，模拟量信号线和数字传输线分开布线并分别采用屏蔽线屏蔽层接地。
为了抑制外部噪声对PLC控制系统的干扰，在PLC控制系统中引入光耦合器。通过光电耦合器可以有效的把不同机组，不同流水线，不同工序的信号进行有效隔开，避免了输入输出之间的干扰和噪声传递。
良好的接地可以减少PLC控制柜与大地之间电位差引起的噪声，可以抑制混入电源和输入/输出信号线的干扰，可以防止由漏电流产生的感应电压等。接地线应尽量短且截面积大于2 mm2，接地电阻小于10欧姆，尽量靠近PLC，长度应在20 m以内为宜。控制器的接地线与电源线或动力线分开不能避开时应垂直交叉。
这是本人从事电气行业以来，所遇到的较为常见以及疑难的问题解决的立足点，虽然没特别针对写出案例，但是对所遇问题的一个总结。在日常项目设计、调试中最常出现的就是干扰，以及元器件寿命。在PLC应用中解决这些问题能够使工作更好的进行。
参考文献
[1]廖常初主编.PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2002.
[2]周万珍，高鸿斌，PLC分析与设计应用[M].电子工业出版社，2004.
[3]求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践[M].人民邮电出版社，2005.
[4]刘锴，周海主编，西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团[编].深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社，2004.