PLC系统供电设计和可靠性分析

1、PLCPLC系统供电设计和可靠性分析系统供电设计和可靠性分析主讲：毕义军主讲：毕义军内容提要内容提要 1、供电系统设计概述、供电系统设计概述 2 、PLC系统电源的配电方系统电源的配电方式式 3、直流供电系统设计、直流供电系统设计 4、CPU电电源、源、模块电模块电源及传感源及传感器器执行器执行器电电源设源设计计 5、接接地地系系统的设计统的设计1、供电系统设计概述供电系统设计概述 工业现场严重的干扰，会通过电源对工控系统造成严重危害，供电系统设计的好坏直接影响到控制系统的可靠性。 对于应用PLC的工控系统，在设计供电系统时应考虑下列因素： （1）供电与接地系统的合理设计；）供电与接地系统的合

2、理设计； （2）电源系统的抗干扰性；）电源系统的抗干扰性； （3）外部设备失电时不能影响）外部设备失电时不能影响PLC的供电，控制系的供电，控制系统不允许断电的场合需考虑供电电源的冗余等。统不允许断电的场合需考虑供电电源的冗余等。2 2、PLCPLC系统电源的配电方式系统电源的配电方式 2.1 供电设计供电设计 在一般情况下，供电回路是AC220V普通工厂用电，因此，应考虑电网频率不能有很大的波动，在供电网络上也不应有大量用户反复起停设备，以免造成较大的电网冲击，为了提高整个系统的可靠性和抗干扰能力，为PLC系统供电的回路可采用分回路供电装分回路供电装置、隔离变压器、交流稳压器、置、隔离变压器

3、、交流稳压器、UPS等设备（如右图所示）。2 2、PLCPLC系统电源的配电方式系统电源的配电方式 2.2 控制回路与主回路电源分开控制回路与主回路电源分开 （1）测控装置与动力设备分别接入不同电源回路，单相电供电时接入不同的相； （2）有条件的情况下将配电柜分为控制柜和动力柜（如右图所示）。 上述做法均有助于电源电压稳定、减少干扰。2 2、PLCPLC系统电源的配电方式系统电源的配电方式 2.3 PLC交流电源的冗余技术交流电源的冗余技术 PLC系统属于特殊用电负荷，必须确保供电的可靠性，采用双路冗余供电（如右图二），并配备不间断电源UPS。工程条件下一般采用市电和UPS两路供电（如右图一）

4、。大型装置要考虑两路进线和UPS双机热备份，以最大限度确保电源的持续供给，系统不会因失电产生数据丢失，设备损坏、系统崩溃等问题。2 2、PLCPLC系统电源的配电方式系统电源的配电方式 2.4 电电源功率容量源功率容量 为了使测控装置能适应负载较大范围变化和防止通过电源造成的内部干扰，整机电源必须留有较大的储备量，并有较好的动态特性。当然，电源容量增加太多，势必会造成体积过大，成本增加，一般应选取0.51倍裕量。 2.5 交交流供电系统的隔离流供电系统的隔离 一般配滤波器，当来自交流系统的干扰比较严重时，可配置隔离变压器（如右图所示）。3 3、直流供电系统设计直流供电系统设计 3.1 双双路路

5、直流直流电源冗电源冗余余 采用两个直流电源经过二极管并接的冗余模块，可以提高直流供电系统的可靠性（如右图所示）。 工程条件下，提供完全独立的两路交流供电并不容易，而且完全均等的两路直流电源设备投入较高，因此一般中小系统不采用该方案，该方案仅便于实现直流冗余，而难以实现交流冗余。3 3、直流供电系统设计直流供电系统设计 3.2 多电源并联运行方式多电源并联运行方式 工程条件下，当电源容量需求较大时，优先选择多电源并联方式提高供电能力和满足冗余需要。 该方案不仅具有冗余功能，还能大大提高电源系统的稳定性和抗冲击能力。通过实验为例（如右图所示），某系统配备10A的SITOP系列单电源，电源的使用率为

6、10%，尚有90%（9A）的余量。当输出回路1出现短路故障时，该回路熔丝为1A，短路故障对系统基本没有影响；如果输出回路2发生短路故障，回路熔丝为2A，短路造成短时失会导致IO模块报警。而采用两台SITOP 6EP1334 10A并接方案，在负荷余量相同时，抵抗冲击的能力大大增强。 西门子SITOP系列大部分型号具有输出直接并联相接的特点，可直接用于电源冗余。3 3、直流供电系统设计直流供电系统设计 3.3 直直流供电系统流供电系统的的隔离隔离 当控制装置和电气设备的内部系统之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，应分别设立独立的直流系统。 3.4 直流电源的直流电源的选型

7、选型 直流电源是PLC系统的关键性部件，电源系统的可靠性是系统的运行基础，电源发生故障时其它所有设备都不可能继续工作。因此应该对电源设备的选择给予足够的重视，优先选用质量等级较高的品牌电源。4 4、CPUCPU电源、电源、模块电源模块电源及传感及传感器器& &执行器电执行器电源设计源设计 前前面讲述面讲述了供电系统了供电系统的一般处理原则的一般处理原则，下面谈谈工程，下面谈谈工程条件下直流系统的具体配置方案。条件下直流系统的具体配置方案。 从系统安全角度讲，从系统安全角度讲，PLC系统直流供电最好分为三个独系统直流供电最好分为三个独立的单元：立的单元：CPU电源、模块电源及传感器电源、模块电源

8、及传感器&执行器电源。执行器电源。 从风险角度讲，风险来源最高的为外部信号线引入。因从风险角度讲，风险来源最高的为外部信号线引入。因此，对外部传感器和执行器供电的工作电源应该独立配置；此，对外部传感器和执行器供电的工作电源应该独立配置；考虑到工程条件下很多信号难以实现完全隔离，外部风险考虑到工程条件下很多信号难以实现完全隔离，外部风险引发模块故障的可能性也比较高，模块电源独立配置的必引发模块故障的可能性也比较高，模块电源独立配置的必要性也很大。既不要与要性也很大。既不要与CPU混用，也不要与传感器执行器的混用，也不要与传感器执行器的工作电源混用。工作电源混用。 合理合理布局三种电源对系统布局三

9、种电源对系统的稳定工作是至的稳定工作是至关重关重要的，要的，合理的电源设计才能保证整个系统的可合理的电源设计才能保证整个系统的可靠性。靠性。 4 4、CPUCPU电源、电源、模块电源模块电源及传感及传感器器& &执行器电执行器电源设计源设计 4.1 CPU电源电源 CPU和通讯组件的供电最好采用完全独立的电源，和通讯组件的供电最好采用完全独立的电源，不与系统工作电源混用。比如不与系统工作电源混用。比如S7-300系统的系统的 PS电源（如电源（如右图所示）右图所示） 。 CPU电源电源的独立性设计是非常重要，因外部线的独立性设计是非常重要，因外部线路比较复杂，发生短路和引入高压的概率较高。即使

10、回路比较复杂，发生短路和引入高压的概率较高。即使回路安装了熔丝也能导致电源系统短时失压，导致模块工路安装了熔丝也能导致电源系统短时失压，导致模块工作异常。和扩展作异常。和扩展机架通讯组件使用机架通讯组件使用独立的电源，独立的电源，由于该由于该电源与外部没有联系，电源与外部没有联系，发生短路故障的概率极低。发生短路故障的概率极低。 4 4、CPUCPU电源、电源、模块电源模块电源及传感及传感器器& &执行器电执行器电源设计源设计 4.2 模块电源模块电源 IO模块的供电应与工作电源分开，最好配备独立的电源系统。模块IO采用非隔离方式连接传感器时，传感器电源可以与模块电源共用。 对于模块的供电，要

11、求每个模块应配备独立的熔丝控制，这样保证个别模块发生故障时不会影响电源系统正常工作。 在检测到因短路故障导致模块报警时可以进入故障处理程序，对正在进行的控制活动进行保护性处理，防止出现误动作导致的生产和设备事故。4 4、CPUCPU电源、电源、模块电源模块电源及传感及传感器器& &执行器电执行器电源设计源设计 4.3 传感器传感器&执行器电源执行器电源 传感器传感器&执行器目前采用隔离接线方式的比例越来越高，执行器目前采用隔离接线方式的比例越来越高，要实现信号的完全隔离，就必须进行电源的隔离要实现信号的完全隔离，就必须进行电源的隔离。因此，。因此，传感器传感器&执行器的工作电源应该与模块电源独

12、立配置。执行器的工作电源应该与模块电源独立配置。 随着系统规模的扩大，传感器随着系统规模的扩大，传感器&执行器引入风险的概率执行器引入风险的概率大大增加，造成工作大大增加，造成工作电源出现故障电源出现故障的可能性也比较大，因的可能性也比较大，因此此IO信号采用隔离传输非常必要。混信号采用隔离传输非常必要。混为一体的为一体的电源会导致信电源会导致信号隔离失效，局部故障扩大为系统性故障，并导致号隔离失效，局部故障扩大为系统性故障，并导致CPU停机，停机，丧失了丧失了CPU提供的系统诊断能力提供的系统诊断能力。 5 5、接地系统的设计、接地系统的设计 设设计一个合理的供电与接地系统，仍是保证控制系统

13、正常运行的重要环节。计一个合理的供电与接地系统，仍是保证控制系统正常运行的重要环节。 在在以以PLC为核心的控制系统中，有多种接地方法。为了安全使用为核心的控制系统中，有多种接地方法。为了安全使用PLC系统，应正系统，应正确区分数字确区分数字地地、信信号地、模拟地，交流地、直流地、屏蔽地、保护地等接地方法号地、模拟地，交流地、直流地、屏蔽地、保护地等接地方法。 工工作地作地：信号回路接地：信号回路接地 、屏、屏蔽接地蔽接地 、本本质安全仪表接质安全仪表接地。地。 信信号地号地： 在在PLC控制系统中，非隔离的信号需要建立一个统一的信号参考点，控制系统中，非隔离的信号需要建立一个统一的信号参考点，并应进行信号回路接地（一般直流电源负端接地）；隔离信号一般不接并应进行信号回路接地（一般直流电源负端接地）；隔离信号一般不接地。地。5 5、接接地系统的设计地系统的设计附图一附图一 本本安系统安系统接地连接图接地连接图5 5、接地系统的设计、接地系统的设计 在在工程施工时，应很好地连接地线，一般应遵循以下几项原则：工程施工时，应很好地连接地线，一般应遵循以下几项原则： 采采用专用接地或共用接地的接地方式。注意不能使用串联接地的方式。用专用接地或共用接地的接地方式。注意不能使用串联接地的方式。 交交流地和信号地不能使用同一根地线。流地和信号地不能使用同一根地线。 屏屏