PLC控制系统供电优化方法研究

辽宁职业学院　李云阳



PLC控制系统供电优化方法研究

辽宁职业学院李云阳

【摘要】高速发展的科学技术为智能化工业控制管理提供了便捷的手段，PLC控制系统就是其中的一种。工业现场干扰会通过工控机电源严重影响工控系统的使用，供电系统的稳定性直接影响着控制系统的稳定性。PLC控制系统在供电系统的设计与优化中应考虑接地系统和供电之间的合理设计、电源系统的抗干扰性、PLC独立于外部设备供电、控制系统不允许断电时供电电源冗余等。本文通过对PLC控制系统供电优化的研究与探讨，希望真正延长供电系统无故障运行时间。

【关键词】PLC控制系统；供电；优化

0　前言

随着工业自动化的大力推进，工业生产越来越依赖于自动化设备，这样的持续生产对自动化设备的电源安全及质量问题提出了更高水平的要求。在实际工程中，科学合理的供电系统是工程顺利运行的重要保障，是项目得以完成的物质资源基础。PLC控制系统作为管理的一种新时代手段，其本身的运动并不需要太严苛的措施，但工业环境中的PLC控制系统供电必须保障，才能使PLC控制系统发挥正常的效用。

1　PLC控制系统设计供电和接地

1.1供电设计

由于PLC供电回路一般是AC220V，50HZ普通市电，决定了电网频率应尽量稳定，在供电网络上也应尽量避免因大用电量用户的不断起停设备现象导致的电网冲击。PLC控制系统中，电磁干扰最容易从电源回路中进入，因此需采取的抗电磁干扰设置比其他回路更多[1]。电磁干扰主要通过控电线路的阻抗耦合窜入PLC控制系统，经过PLC供电电源、变送器供电电源与PLC有电气连接的仪表电源灯耦合进入。不仅如此，大功率用电设备在使用过程中产生的交流磁场也对PLC供电系统有严重的干扰作用，特别是电网内部变化、大型电力设备的启停、开关操作产生的浪涌、交直流传动装置引发的谐波等，会对同一电网的PLC供电电源造成干扰。在整个系统抗干扰能力与稳定性的提升中，为抑制电网电压不稳和贡工频干扰，PLC供电回路可采用交流稳压器、分回路供电装置、UPS、隔离变压器等，对PLC控制系统的最主要危害是电网尖峰脉冲干扰，其高达数百伏甚至上千伏的幅度可能破坏PLC控制系统的电源模块，同时，其频谱较宽，也会窜入PLC控制系统造成对其他单元的干扰。

1.2接地处理

PLC控制系统下，为其使用的安全性，应合理区分数字地、交流地、屏蔽地、信号地、模拟地、直流地、保护地等接地方法。在工程中连接地线应遵守以下原则：以专用接地或公用接地代替串联接地；信号地与交流地的地线区分开；屏蔽第与保护地和地铜排的连接应各自独立；遵守《PLC操作手册》连接。PLC在出厂时就充分考虑了各种抗干扰能力，其本身的可靠性已具有一定水平，但工业控制过程中，对设备复杂的启停过程，动力线和控制线路的纠缠，使电磁场干扰十分严重，特别是在工业控制系统中输入输出渠道的复杂性使导线之间的耦合也形成通道干扰。加之PLC控制系统如果存在接地点，差异性的接地点因位置不同可能存在地电位差异造成的“地环电流”，产生严重的共模干扰。接地抗干扰技术就是对“地环电流”为中心的一系列技术问题的解决方法。采用一点公共接地，能有效减少与抑制“地环电流”的干扰。输入输出通道所形成的到导线间耦合现象有电场干扰和磁场干扰，其成因不同，因此对应的解决方式也不同。电厂耦合干扰产生于两导线间的分布电容，主要有“远离”与“屏蔽”两种方法。远离是指将弱信号线远离信号线敷设，特别是动力线路，保持导线间100mm以上的安全距离。避免平行走线或尽量缩短平行走线长度。屏蔽是指将要屏蔽的目标导线装在空心的导体或者金属网内，屏蔽电场影响。在工业控制现场，电抗器、大电机、磁力开关与大电流载流等均为强力磁场干扰源，将干扰源屏蔽起来能有效抑制磁场耦合现象的出现，但在现实工业生产过程中，这很难实现，只能被迫采取一些被动的抑制技术。远离技术是消除干扰的有效方法，避免平行走线或缩短平行走线的长度也能减少磁场耦合干扰。接地干扰技术能真正帮助PLC控制系统的正常运行，有利于解决其中的电场、磁场干扰问题，是PLC控制系统在供电方案中必须注重的问题[2]。

2　PLC控制系统的电源配电

2.1以分组供电形式配电

在实际生产工作中，电源线会引发很多干扰，在供电线路的设计与优化中应将这种干扰最小化，将干扰较大的设备区分于测控装置采用不同相线进行供电，最好的办法是从配电室直接用屏蔽电缆引出两相供电。

2.2测控装置与动力设备各自独立供电

测控系统中的被控设备一般采用交流电源，容量大、干扰严重，负载换标的影响大，不对称负载时中性点易发生较大便宜。而测控装置使用的交流低压电源容量小，但其使用要求干扰尽量小、电压尽量稳定。由此可见，两种电源应分开供电。可采用配电箱分开供电和电源变压器分开供电两种方式[3]。

2.3合理选择电源功率容量

整机电源较大储备量能让测控装置更适应负载较大范围变化、防止以电源引起的内部干扰并使其动态特性较好。诚然，电源容量的增幅与体积、成本息息相关，因此一般应选取0.5～1倍裕量。

3　PLC控制系统的电源隔离

交流电网中谐波、雷击浪涌、高频干扰等噪音的存在，使利用交流电源供电下的控制装置与电气设备不得不采取抑制交流电源干扰的措施。将测控系统与供电电网电源各自独立开来，能规避因公共电阻引起的耦合，降低负载波动的影响，有时为了保障安全，会将1:1的隔离变压器添加于电源变压器与低通滤波器之前。当前国外研制出的NCT能切断差模噪声电压与共模噪声电压，是较为理想的隔离变压器。在优化供电方案中，也可通过DC-DC变换器的运用隔离直流电源，提升系统对电磁干扰的抑制能力。若生产过程中需要将控制装置与电气设备的内部子系统隔离开，那么气直流供电电源也应分别供电[4]。

4　PLC控制系统电源冗余技术

交流供电利用双路冗余供电能提升供电系统的稳定性。两点路分别来组不同变电站，当出现问题时能自动切换到另一线路供电。不间断电源UPS能有效保障计算机，具有高度可靠性，但UPS本身电气装置的老化会使个别零件过早实效引起UPS故障。为保障其稳定性运行，可利用UPS冗余技术，UPS双机热备份，备用机的输出端接至主机、同一市电电源洗可接入两台UPS的交流电源输入端，热备份机可保障负载设备在市电暂停时的正常供电[5]。避免因断电造成的生产数据、设备、系统等问题的产生。为提升直流供电系统的稳定性与可靠性，可通过二极管冰洁两个直流电源，保障系统的一个直流电源故障时的正常工作。二极管的选用上应尽量考虑导通电压的值，尽量选择独立但接近的二极管，使两个电源符合均匀，保障二极管故障时的高效处理。

5　结束语

在系统可靠性稳定性设计中，PLC控制系统的供电优化作用不可缺少，根据实际中应用系统的环境和特点进行多方考量，从宏观角度进行灵活选择使供电技术得到有效提升。由于工业自动化控制应用平台的推广运用，加快了其信息化步伐。工业企业对网络计算机系统的依赖与日俱增，随着时代的不断进步与发展，对PLC控制技术的应用需求也会越来越大，进而推进稳定、高效的工业生产活动，带动我国工业生产自动化进程的不断推进。

参考文献

[1]王中华.矿井煤流输送系统优化控制关键技术研究[D].江苏:中国矿业大学,2014．

[2]李海洋.起重机电气控制系统及上车布局优化的设计与实现[D].大连:大连海事大学,2012．

[3]孙娟,郝吉廷,张洪波,许德彬,武琦.PLC控制系统供电优化[J].电子制作,2015,02(01):63．

[4]毕立海,王静,金红兵.解决PLC控制系统应用中干扰问题的方法[J].机械制造与自动化,2011,02(01):126-128．

[5]王庆海.PLC控制系统接地抗干扰技术[J].电子技术与软件工程,2015,16(03):173-174．