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時間：2023-06-13

PLC外部電源選擇和PLC接地處理

1. 供電系統(tǒng)可靠性設計

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

當PLC采用AC100V/240V供電時，通常允許輸入電源電壓波動范圍為-15%～ 10%。如：選擇額定輸入電壓為AC100V時，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，允許的變化范圍為AC200~AC264V。PLC對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，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，允許輸入頻率的變化范圍為57~63Hz。

當PLC使用DC24V電源時，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可以達到-35%～ 30%(即DC15.6~31.2V，如三菱Q系列PLC)。與其他計算機控制系統(tǒng)相比，它對輸入電源的要求相對較低，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，對于交流ACIOOV/240V供電的PLC，原則上應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輸入電源要與設備動力電源、交流控制回路電源、交流輸出電源分離配線，并具有獨立的保護回路與獨立的隔離變壓器。

對于首流DC24V供電的PLC，原則上應采用穩(wěn)壓電源供電；至少應通過三相橋式整流、濾波后進行供電；一般不能使用僅通過單相橋式整流的直流電源直接對PLC進行供電。PLC輸入電源要與設備直流動力電源、直流控制回路電源、直流輸出電源分離配線，并具有獨立的保護回路，在系統(tǒng)組成較復雜時，應使用獨立的穩(wěn)壓電源單獨對PLC供電。

當系統(tǒng)采用模塊化結構時，電源模塊的容量應保證滿足PLC系統(tǒng)對電源容量的要求，電源模塊的額定輸出容量應大于系統(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(如接近開關等)、輸出執(zhí)行元件的電源。

用于PLC輸入信號的外部電源一般為DC24V。由于輸入信號的電壓波動可能直接影響到PLC輸入狀態(tài)的變化，故對其要求較高，原則上應采用穩(wěn)壓電源供電；至少應通過三相橋式整流、濾波后進行供電，不能使用僅通過單相橋式整流的直流電源，以防止輸入信號采樣的錯誤。

用于PLC輸出信號的外部電源與PLC的輸出形式及負載要求有關，可以是交流，也可以是直流。特別在當采用繼電器接點輸出時，電源要求完全取決于負載。

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

(3) PLC總供電系統(tǒng)。總供電系統(tǒng)的設計，必須根據(jù)控制對象的性質(zhì)、技術要求、系統(tǒng)的組成情況、使用環(huán)境條件等進行具體分析，后面將給出PLC控制系統(tǒng)硬件設計**實例，以供讀者參考。

作為PLC總供電系統(tǒng)基本設計原則，應注意如下幾個方面：

1) 在系統(tǒng)中，與PLC有關的全部電源，均可以通過設備的總電源開關進行分斷，實現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。

2) PLC作為系統(tǒng)主要的控制裝置，原則上應在設備總電源接通后，無須其他啟動操作，即可以立即投入工作，以便控制系統(tǒng)對控制對象實施有效的監(jiān)控。

3) 對于同時使用基本單元與擴展單元的控制系統(tǒng)，擴展單元的電源應先于基本單元或同時接通，以便基本單元對擴展單元實施有效的監(jiān)控。

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

5) 獨立設置用于PLC輸入信號的外部電源時，此電源應在設備總電源接通后，立即投入工作，以便PLC通過輸入信號對設備的現(xiàn)行狀態(tài)實施有效的監(jiān)控。

6) 用于PLC輸出信號的外部電源，可以與輸入電源共用或進行獨立設置。對于組成復雜、執(zhí)行元件較多的控制系統(tǒng)，可根據(jù)需要設置多個電源。

7) 當PLC輸出使用外部公用電源時，應根據(jù)輸出對象的不同，分類設置多路保護(如斷路器等)，且每一類輸出的電源接通次序應有所區(qū)別。設計應保PLC的各類輸出電源的通斷，受強電控制回路“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(如 DC24V控制問路)，可以與PLC的輸入或輸出電源共用，但必須安裝有獨立的保護元件(如斷路器等)。

2. 接地系統(tǒng)設計

(1) 接地系統(tǒng)的基本要求。設備、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"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，在設計、安裝施工階段必須予以重視。

PLC控制系統(tǒng)對接地的一般要求如下：

1) 系統(tǒng)接地必須良好，對于PLC控制系統(tǒng)，接地電阻應小于4Ω。

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

3) 模塊化結構的PLC，各模塊與機架間一般可以通過模塊本身的接地連接端，使得各模塊與機架間保持良好的接地，但機架與系統(tǒng)保護地之間應保證接地良好，應使用截面積在2.5mm2以上的黃/綠線與系統(tǒng)保護接地線(PE)連接。

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

按照DIN EN標準規(guī)定，各控制裝置的接地線的線徑見表5-10。表中“通過固定的連接”是指控制裝置通過導電基座與良好接地的電氣柜(元件安裝板)進行接地連接時的要求。

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的常用“地”，需要根據(jù)不同的情況進行分別處理。

1) 數(shù)字信號地：數(shù)字信號地是指系統(tǒng)中各種開關量(數(shù)字量)的0V端，如接近開關的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/輸出連接方式進行連接即可，無須另外考慮專門的地線，也不需要與PE線進行連接，詳見前述1/0接口設計部分。

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

模擬信號通常采用卷動輸出/輸入，各信號間的OV端各自獨立，因此，模擬信號地一般不允許進行相互間的連接，也不允許與系統(tǒng)的PE線進行連接。

用于模擬量輸入/輸出的連接線，原則上應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) 保護地：保護地是指系統(tǒng)中各按制裝置、用電設備的外殼接地，如電動機、驅(qū)動器的保護接地等。這些保護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、用電設備的PE線進行"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)字信號地共用)?？梢苑忠韵聨追N情況進行處理：

● 當PLC輸入/輸出直流電源分離時，用于PLC輸入的直流電源的0V，必須按前述的"I/O接口設計"部分的要求、與PLC的OV公共線進行連接。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PLC輸入/輸出直流電源共用時，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)的實際需要，可以連接也可以不連接。

● 單獨用于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，小于“電擊防護”等方面的考慮，為了讓變壓器起到“隔離”作用，原則上不應將交流電源的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線原則上也不應與電網(wǎng)的N線相連。但在某些進口機床上，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，一般應采用"單點接地"的接地方式。

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