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PLC系統(tǒng)電源抗干擾

    (1) PLC系統(tǒng)電源

    在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源是用來驅(qū)動(dòng)PLC輸出設(shè)備（負(fù)載）和提供輸入信號(hào)的，又稱用戶電源。同一臺(tái)PLC的外部電源可能有多種規(guī)格。外部電源的容量與性能由輸出設(shè)備和PLC的輸入電路決定。由于PLC的I/O電路都具有濾波、隔離功能，所以外部電源對(duì)PLC性能影響不大。因此，對(duì)外部電源的要求不高。

    內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對(duì)內(nèi)部電源有較高的要求，一般采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。

    在PLC控制系統(tǒng)中，使用220V的直流電源（蓄電池）供電，可以明顯減少來自交流電的干擾，保證PLC的正常工作。在某些PLC（如FX系列）的電源輸入端，有一個(gè)直接對(duì)220V交流電源整流的二極管整流橋，交流電經(jīng)整流后送給PLC內(nèi)的開關(guān)電源。開關(guān)電源的輸入電壓范圍很寬，因此這種PLC也可以使用220V直流電源。使用交流電源時(shí)，整流橋的每只二極管只承受一半的負(fù)載電流；使用直流電源時(shí)，由兩只二極管承受全部負(fù)載電流?？紤]到PLC的電源輸入電流很小，在設(shè)計(jì)時(shí)整流二極管一般都留有較大的裕量。使用直流220V電源也能保證PLC*的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    PLC控制系統(tǒng)中的動(dòng)力電源、控制電源、PLC電源、I/O電源應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和與I/O電源之間應(yīng)采用雙絞線連接。PLC采用單獨(dú)的供電回路，以避免其他設(shè)備的肩停對(duì)PLC造成干擾。PLC的電源可以取自照明線路，相對(duì)而言照明線路上的干擾信號(hào)比動(dòng)力線上的小得多。

    PLC供電電源一般為AC85~240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。一般的PLC產(chǎn)品上都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，同時(shí)做好防短路措施（因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLC的運(yùn)行）。若輸入回路有DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠，則要從外部提供DC24V電源，但該電源的“-”端不要與PLC的DC24V的“-”端及“COM”端相連，否則會(huì)影響PLC的運(yùn)行。

    PLC上的24V接線端子還可以向外部傳感器（如接近開關(guān)或光電開關(guān)）提供電流。24V端子作傳感器電源時(shí)，COM端子是直流24V地端。如果采用擴(kuò)展單元，則應(yīng)將基本單元和擴(kuò)展單元的24V端連接起來。另外，任何外部電源都不能接到這個(gè)端子。

    使用無源觸點(diǎn)的輸入器件時(shí)，PLC內(nèi)部24V電源通過輸入器件向輸入端提供每點(diǎn)7mA的電流。如果發(fā)生過載現(xiàn)象，電壓將自動(dòng)跌落，但不影響PLC整機(jī)工作。

    每種型號(hào)的PLC的輸入點(diǎn)數(shù)是有規(guī)定的，對(duì)每一個(gè)尚未使用的輸入點(diǎn)，它不消耗電能，因此在這種情況下，24V電源端子向外供電流的能力可以加強(qiáng)。

    電源變壓器是電源部分的主要元件。為了抑制電網(wǎng)中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器的容量應(yīng)比實(shí)際需要大1.2～1.5倍左右。對(duì)于PLC的工作電源，可在隔離變壓器前加入濾波器，此時(shí)變壓器的初級(jí)和次級(jí)連接線均要使用雙絞線，如圖2-10所示。這樣干擾信號(hào)經(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增加了系統(tǒng)的可靠性。

    圖2-10    濾波器和隔離變壓器的連接

    PLC供電系統(tǒng)可采用如下方式：控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。某一部分電源出故障不會(huì)影響其他部分，如輸入、輸出供電中斷時(shí)，PLC的CPU單元仍能繼續(xù)供電，提高了系統(tǒng)的可靠性，如圖2-11所示。供電質(zhì)量缺乏保證（非長(zhǎng)時(shí)間停電）時(shí)，PLC可利用UPS供電，即將控制器前面的屏蔽變壓器改為UPS。

    圖2-11    使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)

    (2) PLC I/O模板的二次電源供電

    I/O模板的二次供電是指為I/O模板中的現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)、傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各種用電負(fù)載供電，其供電電源有以下幾種選擇：

    ①24V DC電源。24V DC電源是PLC中常用的電平等效，它能提供一種安全的二次供電方式，適合對(duì)防爆、防火、防塵等條件惡劣的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供電。選用這一電壓等級(jí)，在電能傳輸和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，連接點(diǎn)或動(dòng)作觸點(diǎn)不易引起電火花或產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾。為給這種模板供電，較好的辦法是在220V AC電源回路中設(shè)計(jì)與配置一個(gè)容量充足的220V AC/24V DC穩(wěn)壓電源。對(duì)整流電路進(jìn)行高頻濾波，即在整流管上并聯(lián)一個(gè)小電容(0. 01μF)，以進(jìn)一步濾掉從變壓器進(jìn)入的高頻干擾；采用直流退耦，即在直流電源和地之間并聯(lián)2個(gè)電容，較大容量的電容（10～100μF）濾掉低頻干擾，小容量的電容（0.01~0.22μF）濾掉高頻干擾。

    ②24V AC電源。24V AC電源在PLC中也是常用的一個(gè)電平等級(jí)，這樣的模板供電非常簡(jiǎn)單，220V AC/24V AC變壓器就能滿足供電需求。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備比較分散，傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，采用24V AC模板時(shí)可使現(xiàn)場(chǎng)二次電源設(shè)計(jì)比用24V DC的模板簡(jiǎn)單。例如24V AC電源使用導(dǎo)線、電阻值、信號(hào)損耗等技術(shù)指標(biāo)，一般較容易做到。現(xiàn)場(chǎng)電纜敷設(shè)也比較容易一些，但有些防爆環(huán)境不允許使用交流電，有些傳感器及儀表也常用直流電源。

    如果I/O通過PLC本身的24V電源供電，在PLC剛加電的時(shí)候不會(huì)立即有電；CPU要先于輸入得電。這對(duì)于上電初始化可能有影響，解決的辦法是如果初始化程序與開關(guān)量輸入有關(guān)，應(yīng)延時(shí)幾毫秒再初始化。同時(shí)，在安裝時(shí)還應(yīng)注意以下問題：

    ①隔離變壓器與PLC和I/O電源之間采用雙絞線連接，以控制串模干擾；

    ②系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引起的線路壓降；

    ③PLC輸入電路用外接直流電源時(shí)，采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)，否則可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。

主機(jī)、I/O擴(kuò)充機(jī)座、I/O擴(kuò)充模組、特殊模組的正面均有一個(gè)“POWER”指示燈，當(dāng)主機(jī)接上電源時(shí)，綠色LED燈亮。若主機(jī)通上電源后指示燈不亮，則將“24+”端子的配線拔出，若指示燈正常亮起，表明DC負(fù)載過大，此種情況下，不要使用“24+”端子的DC電源，應(yīng)另行準(zhǔn)備DC24V電源供應(yīng)器。若將“24+”端子的配線拔出后，指示燈仍然不亮，可能是PLC內(nèi)部熔斷器的熔體已熔斷。

    假若“POWER”燈呈閃爍狀態(tài)，很有可能是“24+”端子與“COM”端子短路，應(yīng)將“24+”端子的配線拔出，若指示燈恢復(fù)正常，則應(yīng)檢查線路部分；若指示燈依然閃爍，可能是PLC內(nèi)的POWER板已經(jīng)出現(xiàn)故障。

    當(dāng)PLC面板上“BATT”紅色LED燈亮?xí)r，表明PLC內(nèi)的鋰電池的壽命快結(jié)束了（約剩一個(gè)月），此時(shí)應(yīng)盡快更換新的鋰電池以免PLC內(nèi)的程序（當(dāng)使用RAM時(shí)）自動(dòng)消失。假若更換新的鋰電池之后，此LED燈仍然亮著，那很可能是PLC的CPU板有故障。

  PLC的電源有主機(jī)電源、擴(kuò)展機(jī)電源、模塊中電源，任何電源顯示不正常時(shí)都要進(jìn)入電源故障檢查流程。如果各部分功能正常，只可能是LED顯示有故障，否則應(yīng)首先檢查外部電源，如果外部電源*，再檢查系統(tǒng)內(nèi)部電源故障。電源LED指示燈不亮則需對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行檢查。電源故障檢查流程圖如圖2-9所示。

    查看PLC電源是否有電，有電則測(cè)量電壓是否在24V±5%范圍之內(nèi)。有電且正常，則進(jìn)行下一步；有電不正常，則對(duì)電源模塊的輸出端與輸入端進(jìn)行檢測(cè)，若輸出端不正常而輸入端正常，則更換模塊；若輸入端不正常，則對(duì)輸入端進(jìn)行相應(yīng)的檢查。如檢查交流220V/24V變壓器輸入電壓端的交流電壓( 220V±10%)正常，則更換變壓器。無電壓則借助原理圖、現(xiàn)場(chǎng)布置總圖和接線圖紙，檢查給電源模塊供電的各種器件的輸出端的接線是否正確。不正確則重新接線，正確則用萬用表檢查空氣開關(guān)的進(jìn)線端與出線端有無正常供電。無正常供電，查明是外界還是自身原因，若為電壓低或根本無電壓，或負(fù)載過重，或嚴(yán)重過流等原因，逐一分析，一直到將故障排除電源正常供電為止；若為本身器件損壞則更換。

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