1. 供電系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

  (1) PLC電源設(shè)計(jì)。一般而言，PLC的基本電源一般有使用AC100V/240V與DC24V兩種類型。

  當(dāng)PLC采用AC100V/240V供電時(shí)，通常允許輸入電源電壓波動(dòng)范圍為-15%～ 10%。如：選擇額定輸入電壓為AC100V時(shí)，通常允許輸入電壓的變化范圍為AC85～10V；選擇額定輸入電壓為AC240V時(shí)，允許的變化范圍為AC200~AC264V。PLC對(duì)外部交流電源的頻率要求較低，允許的頻率變化范圍通常為±3Hz，即選擇額定輸入頻率為50Hz時(shí)，允許輸入頻率的變化范圍為47~53Hz；選擇額定輸入頻率為60Hz時(shí)，允許輸入頻率的變化范圍為57~63Hz。

  當(dāng)PLC使用DC24V電源時(shí)，一般允許輸入電壓的變化范圍為-15%~ 20%(即DC20.4~28.8V，如Siemens PLC)，部分PLC可以達(dá)到-35%～ 30%(即DC15.6~31.2V，如三菱Q系列PLC)。與其他計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比，它對(duì)輸入電源的要求相對(duì)較低，通常容易滿足要求。

  但為了保證PLC的正常工作，抑制線路干擾，對(duì)于交流ACIOOV/240V供電的PLC，原則上應(yīng)在電源輸入回路加入隔離變壓器、浪涌吸收器或者采取穩(wěn)壓措施。PLC輸入電源要與設(shè)備動(dòng)力電源、交流控制回路電源、交流輸出電源分離配線，并具有獨(dú)立的保護(hù)回路與獨(dú)立的隔離變壓器。

  對(duì)于首流DC24V供電的PLC，原則上應(yīng)采用穩(wěn)壓電源供電；至少應(yīng)通過(guò)三相橋式整流、濾波后進(jìn)行供電；一般不能使用僅通過(guò)單相橋式整流的直流電源直接對(duì)PLC進(jìn)行供電。PLC輸入電源要與設(shè)備直流動(dòng)力電源、直流控制回路電源、直流輸出電源分離配線，并具有獨(dú)立的保護(hù)回路，在系統(tǒng)組成較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)使用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源單獨(dú)對(duì)PLC供電。

  當(dāng)系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，電源模塊的容量應(yīng)保證滿足PLC系統(tǒng)對(duì)電源容量的要求，電源模塊的額定輸出容量應(yīng)大于系統(tǒng)中全部組成模塊所消耗的功率總和，并且留有20%~30%的余量。

  (2) I/O裝置外部電源。I/O外部電源是指用于PLC源輸入模塊、PLC輸出模塊、輸入傳感器(如接近開(kāi)關(guān)等)、輸出執(zhí)行元件的電源。

  用于PLC輸入信號(hào)的外部電源一般為DC24V。由于輸入信號(hào)的電壓波動(dòng)可能直接影響到PLC輸入狀態(tài)的變化，故對(duì)其要求較高，原則上應(yīng)采用穩(wěn)壓電源供電；至少應(yīng)通過(guò)三相橋式整流、濾波后進(jìn)行供電，不能使用僅通過(guò)單相橋式整流的直流電源，以防止輸入信號(hào)采樣的錯(cuò)誤。

  用于PLC輸出信號(hào)的外部電源與PLC的輸出形式及負(fù)載要求有關(guān)，可以是交流，也可以是直流。特別在當(dāng)采用繼電器接點(diǎn)輸出時(shí)，電源要求完全取決于負(fù)載。

  通常情況下，PLC對(duì)輸出電源的要求要低于輸入電源。如：對(duì)于直流24V中間繼電器、電磁閥類負(fù)載、一般可以使用單相橋式整流的直流電源。但是，當(dāng)PLC的輸出需要作為系統(tǒng)其他控制裝置(如CNC等)的輸入時(shí)，必須根據(jù)后者的要求選擇輸出電源。

  (3) PLC總供電系統(tǒng)?？偣╇娤到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須根據(jù)控制對(duì)象的性質(zhì)、技術(shù)要求、系統(tǒng)的組成情況、使用環(huán)境條件等進(jìn)行具體分析，后面將給出PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)示范實(shí)例，以供讀者參考。

  作為PLC總供電系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)原則，應(yīng)注意如下幾個(gè)方面：

  1) 在系統(tǒng)中，與PLC有關(guān)的全部電源，均可以通過(guò)設(shè)備的總電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。

  2) PLC作為系統(tǒng)主要的控制裝置，原則上應(yīng)在設(shè)備總電源接通后，無(wú)須其他啟動(dòng)操作，即可以立即投入工作，以便控制系統(tǒng)對(duì)控制對(duì)象實(shí)施有效的監(jiān)控。

  3) 對(duì)于同時(shí)使用基本單元與擴(kuò)展單元的控制系統(tǒng)，擴(kuò)展單元的電源應(yīng)先于基本單元或同時(shí)接通，以便基本單元對(duì)擴(kuò)展單元實(shí)施有效的監(jiān)控。

  4) 用于PLC輸入信號(hào)的外部電源，可以與PLC基本電源共用，但回路中必須安裝獨(dú)立的保護(hù)器件(如斷路器等)。

  5) 獨(dú)立設(shè)置用于PLC輸入信號(hào)的外部電源時(shí)，此電源應(yīng)在設(shè)備總電源接通后，立即投入工作，以便PLC通過(guò)輸入信號(hào)對(duì)設(shè)備的現(xiàn)行狀態(tài)實(shí)施有效的監(jiān)控。

  6) 用于PLC輸出信號(hào)的外部電源，可以與輸入電源共用或進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置。對(duì)于組成復(fù)雜、執(zhí)行元件較多的控制系統(tǒng)，可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)電源。

  7) 當(dāng)PLC輸出使用外部公用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)輸出對(duì)象的不同，分類設(shè)置多路保護(hù)(如斷路器等)，且每一類輸出的電源接通次序應(yīng)有所區(qū)別。設(shè)計(jì)應(yīng)保證PLC的各類輸出電源的通斷，受強(qiáng)電控制回路“互鎖”條件的約束與控制。

  8) 用于系統(tǒng)中其他控制回路的電源，在電壓相同時(shí)(如 DC24V控制問(wèn)路)，可以與PLC的輸入或輸出電源共用，但必須安裝有獨(dú)立的保護(hù)元件(如斷路器等)。

  2. 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  (1) 接地系統(tǒng)的基本要求。設(shè)備、控制系統(tǒng)良好的接地，不僅是保證人身安全所需的"電擊防護(hù)"措施，而且也是抑制干擾、減小電磁干擾、提高系統(tǒng)可靠性的重要手段，在設(shè)計(jì)、安裝施工階段必須予以重視。

  PLC控制系統(tǒng)對(duì)接地的一般要求如下：

  1) 系統(tǒng)接地必須良好，對(duì)于PLC控制系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)小于4Ω。

  2) 接地線必須有足夠大的線徑，獨(dú)立安裝的PLC基本單元，應(yīng)使用截面積在2.5mm2以上的黃/綠線與系統(tǒng)保護(hù)接地線(PE)連接。

  3) 模塊化結(jié)構(gòu)的PLC，各模塊與機(jī)架間一般可以通過(guò)模塊本身的接地連接端，使得各模塊與機(jī)架間保持良好的接地，但機(jī)架與系統(tǒng)保護(hù)地之間應(yīng)保證接地良好，應(yīng)使用截面積在2.5mm2以上的黃/綠線與系統(tǒng)保護(hù)接地線(PE)連接。

  4) 系統(tǒng)中的其他控制裝置(如驅(qū)動(dòng)器、變頻器等)的接地必須同樣符合規(guī)范，并獨(dú)立接地。

  按照DIN EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各控制裝置的接地線的線徑見(jiàn)表5-10。表中“通過(guò)固定的連接”是指控制裝置通過(guò)導(dǎo)電基座與良好接地的電氣柜(元件安裝板)進(jìn)行接地連接時(shí)的要求。

  表5-10 控制裝置的接地線線徑的要求

  5) 系統(tǒng)中的各類屏蔽電纜的屏蔽層、金屬軟管、走線槽(管)、分線盒等均必須保證接地良好。

  (2) 各類不同接地的處理。在PLC系統(tǒng)中，主要有以下幾種與接地有關(guān)的常用“地”，需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行分別處理。

  1) 數(shù)字信號(hào)地：數(shù)字信號(hào)地是指系統(tǒng)中各種開(kāi)關(guān)量(數(shù)字量)的0V端，如接近開(kāi)關(guān)的OV線、PLC輸入的公共0V端、晶體管輸出的公共0V端等。

  數(shù)字信號(hào)地在PLC控制系統(tǒng)中，原則上只需要按照PLC規(guī)定的輸入/輸出連接方式進(jìn)行連接即可，無(wú)須另外考慮專門的地線，也不需要與PE線進(jìn)行連接，詳見(jiàn)前述1/0接口設(shè)計(jì)部分。

  2) 模擬信號(hào)地：模擬信號(hào)地是指系統(tǒng)中各類模擬量的0V端，如用于驅(qū)動(dòng)器(變頻器)的速度給定電壓輸出、測(cè)速反饋輸入、傳感器輸入等。

  模擬信號(hào)通常采用卷動(dòng)輸出/輸入，各信號(hào)間的OV端各自獨(dú)立，因此，模擬信號(hào)地一般不允許進(jìn)行相互間的連接，也不允許與系統(tǒng)的PE線進(jìn)行連接。

  用于模擬量輸入/輸出的連接線，原則上應(yīng)使用帶有屏蔽的雙絞電纜，屏蔽電纜的屏蔽層必須根據(jù)不同的要求與系統(tǒng)的PE線連接。

  3) 保護(hù)地：保護(hù)地是指系統(tǒng)中各按制裝置、用電設(shè)備的外殼接地，如電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器的保護(hù)接地等。這些保護(hù)地必須直接與電柜內(nèi)的接地母線(PE 母線)連接，不允許控制裝置、用電設(shè)備的PE線進(jìn)行"互連"

  4) 直流電源地：系統(tǒng)直流電源地是指除PLC內(nèi)部電源以外的外部直流電源的OV端(PLC內(nèi)部直流電源的0V端，一般與PLC的數(shù)字信號(hào)地共用)?？梢苑忠韵聨追N情況進(jìn)行處理：

  ● 當(dāng)PLC輸入/輸出直流電源分離時(shí)，用于PLC輸入的直流電源的0V，必須按前述的"I/O接口設(shè)計(jì)"部分的要求、與PLC的OV公共線進(jìn)行連接。用于PLC輸出的直流電源，根據(jù)需要，可以不與PLC的OV公共端連接或與PLC的0V公共端連接。

  ● 當(dāng)PLC輸入/輸出直流電源共用時(shí)，直流電源的OV端必須與PLC的OV公共線連接。用于PLC輸入/輸出的直流電源0V端與系統(tǒng)接地(PE)線之間，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，可以連接也可以不連接。

  ● 單獨(dú)用于PLC系統(tǒng)執(zhí)行元件的直流電源OV、原則上不與PLC的OV連接，但一般需要與系統(tǒng)的接地(PE)線進(jìn)行連接

  5) 交流電源地：交流電源地是指系統(tǒng)中使用的交流電源的OV端(或N線)，如220V控制回路的0V 端、交流照明電路、交流指示燈的0V端等。

  在交流控制回路使用隔離變壓器時(shí)，小于“電擊防護(hù)”等方面的考慮，為了讓變壓器起到“隔離”作用，原則上不應(yīng)將交流電源的OV端與系統(tǒng)接地(PE)線相連。

  從抗干擾的角度考慮，控制系統(tǒng)的PE線原則上也不應(yīng)與電網(wǎng)的N線相連。但在某些進(jìn)口機(jī)床上，也有使用特殊的“短接端”，將交流電源的OV端、N線、接地(PE)線進(jìn)行相互連接的情況。

  PLC控制系統(tǒng)通常屬于1MHz以下的低頻電路的范疇，因此，一般應(yīng)采用"單點(diǎn)接地"的接地方式。