PLC控制系统输出的可靠性措施

李萍

（浙江水利水电专科学校，浙江杭州310018）

为保证PLC能在恶劣的工业环境中可靠地工作，PLC系统采用多种措施以避免各种潜在的干扰因素。在输出通道中，不同的输出方式与负载连接方式，功率驱动部分都可能会产生较严重的电气噪声干扰，并通过输出通道耦合进入系统；此外，执行单元的可靠性检测与控制，也影响着系统的可靠性。下面从输出方式的选择、与感性负载的连接、隔离设计、执行单元故障处理等方面，来分析提高PLC输出可靠性的措施。

1 PLC输出方式的选择

PLC控制系统的输出接口电路一般有以下3种输出形式：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。对于频繁通断的小功率感性负载，可选择晶体管输出；而对于频繁通断的大功率感性负载，则一般采用晶闸管输出。而继电器输出型PLC触点工作电压范围宽，承受过电压和过电流的能力较强，故对动作不频繁的交、直流负载，可选择继电器输出型PLC。

选用继电器输出型模块时注意：

（1）如用PLC输出模块直接驱动交流接触器，应将额定电压为AC 380V的交流接触器的线圈换成220V的。

（2）如负载要求的输出功率超过PLC输出模块的允许值，应设置外部继电器。PLC输出模块内的小型继电器的触点容量小（为2 A），断弧能力差，不能直接用于DC 220V的负载电路中。

（3）选择外接继电器时，应注意分析是PLC来接通还是断开外部负载的，以便选用不同容量的继电器。

2 PLC与感性负载的连接

对于感性负载（如继电器线圈），为减少电路通断时所产生的感应电动势或浪涌电流对输出端点所造成的冲击，因此在输出时应采取相应保护措施，保护PLC输出触点。对于直流负载，如图1（a）所示，可在线圈两端并联续流二极管（须注意二极管的极性），其额定电压应大于电源电压的3倍；对交流负载，如图1（b）所示，应在线圈两端并联RC吸收电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。根据负载容量，电容可取 0.1～120 μF，电阻可取 47～200 Ω，且 R、C元件应尽量靠近负载。

图1 PLC输出触点的保护电路

3 PLC输出电路的隔离设计

PLC输出电路一般须要进行隔离设计，以防止较严重的电气噪声通过输出通道耦合作用进入系统。对于开关量输出，接光电耦合器进行隔离，是防止干扰最有效的措施之一，如图2所示。其中PLC的+5 V电源和开关量输出的+24 V电源是隔离的。当PLC的接口输出高电平时，经与非门电路后为低电平，经过光电耦合器使驱动晶体管V导通，输出继电器K得吸合。同理，当接口输出低电平时，经过光电耦合器可使V截止，输出继电器K释放。

图2 带光电耦合器的开关量输出电路

对于晶体管输出型的PLC，输出允许所带负载电压为24 V，无法直接驱动交流接触器。而固态继电器作为一新兴的无触点开关，可用微小电流（数毫安）控制大功率负载的启动和关断，可作为晶体管输出型PLC的驱动电路，如图3所示，输出信号之间采用了光电隔离电路。

当PLC输出驱动的负载为交流接触器时，可在PLC输出端与驱动元件之间增加固态继电器SSR进行隔离，如图3所示。在交流感性负载L上并联RC电路（一般可取R=150 Ω，C=0.5 μF），可抑制加在SSR输出端的瞬间电压。

图3 带固态继电器驱动的晶体管输出电路

4 执行单元故障处理

当现场信号准确输入给PLC后，PLC执行程序，并通过执行机构对现场装置进行调节与控制。为保证执行机构按控制要求工作，可采取以下措施：

当负载由接触器控制时，启动和停止此类负载转为对接触器线圈的控制，因此要求启动时接触器可靠闭合，停止时接触器可靠释放。可设计如图4所示的梯形图来判断接触器是否可靠动作。I 0.0表示接触器启动按钮，Q 0.0表示接触器线圈输出，I 0.1为引回到PLC输入端的接触器常开触点，定时器的定时时间大于接触器动作时间。M0.0为设定的故障位，M0.0为ON表示有故障，应作报警处理；M0.0为OFF表示无故障。

图4 执行机构故障判断梯形图

5 PLC输出的互锁与联锁措施

为提高执行机构的可靠性，除在PLC程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。如电机正反转控制，要利用接触器KM 1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁，如图5(a)所示。SB1、SB2、SB3分别为电机正向启动、反向启动和停止按钮。KM1、KM2接触器的常闭触点串接到对方的输出线圈中。图5（b）的梯形图设计从软件实现了按钮联锁，确保KM1、KM2X线圈不会同时得电，且可以直接进行正反转切换，大大方便了操作。因此在不同器件之间，有联锁要求时，最好也在PLC外部进行硬件联锁。

图5 电机正反转控制图

6 结束语

本文从PLC控制系统的输出电路抗干扰的角度，探讨了的一些具体措施。而PLC系统的抗干扰是一个十分复杂的综合问题，还需要从PLC性能、设备选型、电源、输入输出电路、接地、电缆布线、软件设计等方面，进行全面综合考虑和分析，根据具体情况合理地实施具体措施和对策，才能使PLC系统安全可靠地运行。

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