plc控制系统设计的注意事项(plc控制系统的设计原则)

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plc控制系统设计的注意事项

PLC的应用领域

目前，PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保、文化娱乐等行业。在电厂中，主要有化学制水、生活污水处理、工业废水处理、凝结水精处理等。PLC的用法主要分为以下几类。

1.1开关量的逻辑控制

代替传统的继电器电路，可以实现逻辑控制和顺序控制，可用于单机控制或多机群控。如水泵的启动和停止，阀门的开启和关闭，水系统的顺序控制，干除灰系统等。

1.2工业过程控制

在工业生产过程中，有一些连续变化的量(即模拟量)，如温度、压力、流量、液位、速度等。PLC利用相应的A/D、D/A转换模块和各种控制算法程序对模拟量进行处理，完成闭环控制。PID调节是一种广泛应用于一般闭环控制系统的调节方法。过程控制广泛应用于冶金、化工等场合。运城电厂主要用于集中空调节和供热系统。

1.3运动控制

PLC可用于控制圆周运动或直线运动。一般专用运动控制模块，如可以驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛应用于各种机器、机床、机器人、电梯等场合。

1.4数据处理

PLC具有数学运算(包括矩阵运算、函数运算和逻辑运算)、数据传输、数据转换、排序和查表等功能，能够完成数据采集、分析和处理。

1.5通信和网络

PLC的通信包括PLC之间的通信和PLC与其他智能设备之间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在所有的PLC都有通讯接口，通讯非常方便。

PLC的应用特点

2.1可靠性高，抗干扰能力强。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于PLC采用现代大规模集成电路技术，由严格的生产工艺制造，其内部电路采用先进的抗干扰技术，因此具有很高的可靠性。与同规模的继电器接触器系统相比，由PLC组成的控制系统将电气接线和开关触点减少到了百分之一甚至千分之一，从而大大减少了故障。此外，PLC具有硬件故障自检功能，当出现故障时能及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编写外围设备的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路和设备也能得到故障自诊断保护。这样整个系统的可靠性极高。

2.设施齐全，功能完善，适用性强。

到目前为止，PLC已经形成了各种规模的系列产品，可用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能，大部分PLC都很完善。

数据计算能力，可用于各种数控领域。各种功能单元的大量涌现，使得PLC渗透到位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。随着PLC通讯能力的增强和人机界面技术的发展，用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎。

PLC是工矿企业的工业控制设备。其界面简单，编程语言容易被工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号接近表达式和继电器电路图，为不熟悉电子电路、计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

4.系统设计工作量小，维护方便，易于改造。

(1)设计和维护

用PLC存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线，缩短了控制系统的设计和建设周期，日常维护更容易。更重要的是，它使得同样的设备通过改变程序来改变生产工艺成为可能。特别适合多品种、小批量的生产场合。

(2)安装和布线

电源线、控制线、PLC电源线和I/O线应分开布线，隔离电压互感器与PLC和I/O应采用双绞线连接，将PLC的I/O线和高效线分开。如果有必要在同一个插槽中，请将交流线和DC线分开。如果棋子允许，最好是分槽。这样既能让空之间的距离尽可能大，又能把干扰降到最低。

PLC应远离焊机、大功率硅整流器、大型电力设备等强干扰源，不能与高压电器安装在同一开关柜内。机柜中的PLC应远离电源线(两者之间的距离应大于200毫米)。与PLC安装在同一柜内的感性负载，如大功率继电器和接触器的线圈，应与RC消弧电路并联。

PLC的输入输出应分开走线，开关量和模拟量应分开设置。模拟信号传输应使用屏蔽线。屏蔽层的一端或两端应接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1 /10。

不要将同一根电缆用于交流输出线和DC输出线。输出线尽量远离高压线和电源线，避免平行。

(3)I /O端子接线

输入接线:一般输入接线不要太长。但如果环境干扰小，电压降小，输入接线可以适当长一些；输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开；尽可能以常开触点的形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

输出:输出端子接线分为独立输出和公共输出。在不同的组中，可以使用不同类型和电压等级的输出电压，但同一组中的输出只能使用相同类型和电压等级的电源。由于PLC的输出元件封装在印刷电路板上，并连接到端子板，如果连接到输出元件的负载短路，印刷电路板将被烧毁。当继电器用于输出时，感性负载的大小会影响继电器的使用寿命。因此，应合理选择感性负载或增加隔离继电器。PLC的输出负载可能造成干扰，应采取措施加以控制，如DC输出的续流管保护、交流输出的阻容吸收电路、晶体管和双向晶闸管的旁路电阻保护等。

PLC应用中应注意的问题

PLC是一种用于工业生产自动控制的设备。一般不需要采取任何措施就可以直接用于工业环境。然而，尽管如上所述可靠性高，抗干扰能力强，但当生产环境过于恶劣时，电磁干扰特别强。

或者安装使用不当，可能导致程序错误或操作错误，造成输入错误和输出错误，导致设备失控和误操作，从而无法保证PLC的正常运行。提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，应高度重视设计、安装、使用和维护，多方合作可以提高问题的解决，有效增强系统的抗干扰性能。

因此，在使用中应注意以下问题。

3.1工作环境

(1)温度:PLC要求环境温度为0.55°c，安装时不能放在发热量高的元器件下面，周围通风散热的空房间要足够大。

(2)湿度:为保证PLC的绝缘性能，空气体的相对湿度应小于85%(无凝露)。

(3)振动:PLC应远离强振动源，防止以10〜55Hz.的振动频率频繁或连续振动当使用环境不可避免地振动时，必须采取减震措施，如减震胶。

(4) 空气体:避免腐蚀性和易燃性气体，如化学酸碱等。对于空气体中含有较多灰尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在密封良好的控制室或控制柜中。比如电厂干排渣除灰等。，基本建设后期加了封闭的茅屋。

(5)电源:PLC对电力线造成的干扰有一定的抵抗能力。在可靠性要求高或电源干扰严重的环境中，可安装带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备对地的干扰。通常，PLC通过DC 24V输出提供给输入端。当输入使用外部DC电源时，应选择DC稳压电源。

因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，很容易让PLC接收到错误的信息。

3.2控制系统中的干扰及其来源

现场电磁干扰是影响PLC控制系统可靠性的最常见因素之一。

(1)干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源大多出现在电流或电压剧烈变化的位置。原因是电流的变化对设备产生磁场和电磁辐射。磁场的变化产生电流，电磁波高速产生电磁波。一般来说，电磁干扰根据干扰模式的不同分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号与地之间的电位差，主要由电网串联感应的共模(同向)电压、地电位差和信号线空之间的电磁辐射叠加而成。共模电压可以通过非对称电路转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这是部分系统I/O模块损坏率高的主要原因)。这种共模干扰可以是DC干扰，也可以是交流干扰。差模干扰是指作用在信号两极之间的干扰电压，主要是空之间电磁场的耦合感应和不平衡电路转换的共模干扰引起的。这种干扰叠加在信号上，直接影响测量和控制精度。

(PLC系统中干扰的主要来源和途径

强电气干扰:PLC系统的正常供电由电网提供。由于电网覆盖面广，会受到所有空电磁干扰，在线路上感应电压。特别是电网内部的变化、刀闸操作的浪涌、大型电力设备的启停、交流/DC输电装置引起的谐波、电网的短路暂态冲击等。都通过传输线传输到电源的初级侧。

柜内干扰:控制柜内高压电器、大感性负载、布线混乱等都有可能对PLC造成一定的干扰。

信号线的干扰:与PLC控制系统相连的各种信号传输线，除了传输有效信息外，总会有外界的干扰信号。干扰的途径主要有两种:一是通过变送器电源或共用信号仪表电源的电网干扰，这一点往往被忽视；第二，信号线受到空之间电磁辐射感应的干扰，也就是信号线受到的外界感应干扰，这是非常严重的。信号引入的干扰会造成信号运行异常，大大降低测量精度，甚至造成元器件损坏。

来自混沌接地系统的干扰:接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。适当的接地不仅可以抑制电磁干扰的影响，还可以抑制设备的外部干扰；错误的接地会导致严重的干扰信号，这会使PLC

该系统将无法正常工作。

来自PLC系统内部的干扰:主要是系统中元件与电路之间的相互电磁辐射引起的，如逻辑电路之间的相互辐射及其对模拟电路的影响、模拟地与逻辑地之间的相互影响、元件之间的不匹配等。

逆变器干扰:一是逆变器启动和运行过程中产生的谐波对电网造成传导干扰，导致电网电压畸变，影响电网供电质量；二是变频器的输出会产生强烈的电磁辐射干扰，影响外围设备的正常工作。

3.3主要抗干扰措施

(1)合理对待电源，抑制电网干扰。对于电源引入的电网干扰，可以安装屏蔽层比为1: 1的隔离变压器，减少设备对地的干扰，也可以在电源输入端串联LC滤波电路。

(2)正确选择接地点、完善的接地系统、良好的接地是保证PLC可靠运行的重要条件，可以避免意外电压冲击危害。接地通常有两个目的，一是为了安全，二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的接地线包括系统接地、屏蔽接地、交流接地和保护接地。接地系统混沌对PLC系统的干扰主要是由于各接地点电位分布不均匀，不同接地点之间存在地电位差，造成接地回路电流，影响系统正常工作。例如，电缆的屏蔽层必须在一点接地。如果电缆屏蔽层的A、B两端都接地，就会产生地电位差，就会有电流流过屏蔽层。当发生雷击等异常状态时，接地电流会更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地可以形成闭合回路。在变化磁场的作用下，屏蔽层中会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线的耦合干扰信号回路。如果系统与其他接地处理混淆，产生的地环流可能会在接地线上产生不均匀的电位分布，影响PLC中逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC的逻辑电压干扰容忍度低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序飞散或死机。模拟地电位的分布会导致测量精度的降低，造成信号测量和控制的严重失真和误动作。

安全接地或电源接地:电源线的接地端和柜体的连接线接地为安全接地。

如果电源漏电或者机柜带电，可以从安全接地引入地下，不会对人造成伤害。

系统接地:PLC控制器与被控设备同电位接地，称为系统接地。接地电阻值不得大于4ω，一般需要将PLC设备系统的接地与控制柜内开关电源的负端连接，作为控制系统的接地。

信号屏蔽接地:一般要求信号线必须有唯一的参考接地，即“单点接地”。当屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的情况时，也应就地或在控制室接地，防止形成“地回路”。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；

信号线中间有接头时，屏蔽层应连接牢固并绝缘，必须避免多点接地；多测点信号屏蔽双绞线与多芯绞合总屏蔽电缆连接时，屏蔽层之间应相互连接，并经过绝缘处理，选择合适的接地点作为单点接触。

(3)抑制变频器干扰

处理变频器的干扰一般有以下几种方式:加一个隔离变压器，主要针对来自电源的传导干扰，可以在隔离变压器之前阻断大部分传导干扰；使用滤波器，滤波器抗干扰能力强，也能防止设备本身的干扰传导到电源，有的还具有峰值电压吸收功能；利用输出电抗，在变频器和电机之间增加交流电抗器，主要是为了减少变频器输出能量传输过程中电路产生的电磁辐射，影响其他设备的正常工作。

4结论

随着PLC应用领域的不断扩大，如何高效、可靠地使用PLC已成为其发展的重要因素。未来PLC会有更大的发展，产品品种更多，规格更全。通过完善的人机界面和完备的通讯设备，将更好地满足各种工业控制场合的需求。PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越重要的作用。

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