PLC控制系统的供电与接地技术.doc

PLC控制系统的供电与接地技术摘 要：从供电与接地方面分析了干扰对PLC控制系统的影响和破坏，提出了一些提高PLC控制系统的可靠性和安全运行的措施，以满足工业控制要求。 关键词：PLC；电源；接地；抗干扰；安全 在实际工程中，设计一个合理的供电与接地系统是保证生产过程控制系统正常运行的重要环节。PLC控制器本身不需要采取什么特殊措施，就可以在工业环境中使用。但若整个PLC控制系统供电和接地不合理，它是不能投入运行使用的。 一、PLC控制系统的供电 1、PLC控制系统供电环境的设计与配置 由大型的多处理器组成网的PLC控制系统，应采用专路供电，即以100 kV或110 kV高压变电站，经变压器转移为220V AC，由一条专线供电。对于用电要求极高的现场，100 kV高压变电站应有停电备用专线。在此条件下，为PLC供电的回路一般为220V AC，50 Hz普通市电。因此对电网要求频率波动不能太大。不要在供电网路上有其它大用电量客户反复用电，造成很大的电网冲击。目前PLC要小于5的电压波动较好。由于电网电压瞬间变化较难监测，这些干扰在同一供电回路传播是十分难于克服的。为提高整个系统的可靠性和抗干扰能力，在PLC控制系统供电回路一般采用隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等。 （1）采用隔离变压器隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，屏蔽层要良好接地，次级的连接线要使用双绞线（双绞线能减少电源线间干扰），隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初、次级间屏蔽层接至直流地端。 （2）采用交流稳压电源交流稳压电源是为了抑制电网中电压的波动，在隔离变压器后配交流稳压电源。在选交流稳压器时，一般可按实际最大需求容量的130计算。这样可以保证稳压特性，又有助于稳压器工作可靠。 （3）采用UPS电源在一些实时控制中，系统突然断电的后果不堪设想，应设法在系统中使用UPS电源。由于UPS电源容量有限，一般仅把它供电范围保证在PLC主机、通信模板、远程IO站的各个机架和PLC系统相关的外部设备上。 （4）采用晶体管开关电源开关电源在市电网或其它外部电源电压波动很大时，对其输出电压不会造成很大影响，因而抗干扰能力强。目前许多PLC公司的产品中，电源模板采用了晶体管开关电源，所以整个系统设计时不必要再配晶体管开关电源。但是在许多情况下，PLC外部执行电源采用24V电平等级时，选配晶体管开关电源是一个好方法。 2、PLC的I/O模板二次电源供电 I/O模板的二次供电是指为系统中的现场开关、传感器执行机构、各种用电负载为连入I/O模板的现场部分的供电。 （1）采用24VDC电源 24VDC电源是PLC中常用的标准方式。它是一种安全的二次供电方式，对于防爆、防火、防尘等条件恶劣的现场，选用这一电压等级，在电能传输和状态转换时，连接点或动作触点不易引起电火花和产生强电磁干扰。为给这种模板供电，较好的办法是在220 V AC电源回路中设计与配置一个容量充足的220VAC/24VDC稳压电源。 （2）采用24VAC电源 24VAC在工业中也是常用的一个电平等级。这样的模板供电非常简单，由220VAC/24VAC变压器就能满足供电需求。在现场设备比较分散，传输距离较远，采用24VAC模板比用24VDC的模板在现场设计上可以省去许多麻烦。例如交流24 V电源使用导线、电阻值、信号耗压等技术指标，一般较容易做到。大量使用24V电平直流信号比交流信号抗干扰能力低一些。现场电缆敷设也比较容易一些。但在有些防爆环境不允许使用交流电，有些传感仪表常用直流电源。 二、PLC控制系统的接地 电气设备的接地系统有两类；安全接地和工作接地。安全接地是用导线将设备易触碰的部分与大地（零电位点）联接起来，其目的是保护操作人员的安全。工作接地是为电子设备提供公共的电位参考点，工作接地包括机壳接地和电路接地，电路接地分为弱信号电路接地和强信号电路接地。对PLC系统来说又可分为逻辑电路接地和功率电路接地，各部分线路之间又有串联方式和并联方式等。因此工作接地和安全接地组成一个复杂的接地系统，合理设计接地系统是抗干扰的重要措施。1、控制系统与电网的接地方式 有共地、浮地以及机壳共地和电路浮地等三种方式，如图1，2，3所示。其中图1是共地方式，控制系统中电路的接地点Gc，机壳的接地点Gb与电网地线和接地点Go联在一起，整个系统以大地为电位参考点，这种接地方式在大地电位比较稳定的场所，系统的电位也比较稳定，接地线路比较简单，且因机壳接地，故操作也比较安全。若大地电位变化较大的场所，系统的电位也随之变化，电路将受到共模干扰，且容易转变成串模干扰，此时应尽量减少接地电阻，或者采用浮地方式。图2是浮地方式，控制系统中电路的接地点Go相联。一般在机柜与地之间用绝缘胶垫隔开，交流进线也要加强绝缘，这种方式可避免大地电位变化和地回路电磁感应造成的干扰。但因系统浮地，机壳容易积累静电，操作不太安全。 图1 共地方式 图2 浮地方式 图3是机壳共地，电路浮地的方式，是上面两种方式的折衷。由于机壳的接地点Gb与电网接地点Go连在一起，因此操作比较安全。电路的接地点Gc是独立的，避免受大地电位和接地回路的干扰。通常将电路和插件框架用绝缘支撑与外部机架、机壳隔开，保护电路部件与机壳的良好绝缘。电路的接地点接在插件框架背面专门设置的敷铜板上，自成接地系统。 图3 机壳共地 电路浮地 2、控制系统的一般接地方式 控制系统的接地一般有三种方式，如图46所示。 其中图4为控制器和其它设备分别接地方式，这种接地方式最好。如果做不到每个设备专用接地，可使用图5公共接地方式，但不允许使用图6的共通接地方式，特别是应避免与电动机变压器