浅谈可编程序控制器系统供电设计

常亮

摘 要:针对可编程序控制器应用中常受到电网冲击,直接影响控制系统的精度和可靠性,提出了系统供电设计方案。分析可编程序控制器对供电系统的要求,给出了供电系统硬件、软件设计方法。实验证明系统供电电源设计对可编程序控制器抗干扰性具有较大的使用价值。

关键词:保护措施可靠性和抗干扰性能屏蔽供电电源

中图分类号:TM571 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2012)06(b)-0030-01

近年来,随着科学技术的进步和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器以其高可靠性和操作简单等特点,已形成了一种工业控制趋势。

系统供电电源设计是指可编程序控制器CPU工作所需电源系统的设计。它包括I/O模块供电电源设计、系统接地设计、供电系统的一般性保护措施、可编程序控制器电源模块的选择。

1 I/O模块供电电源设计

传感器、执行机构、各种负载与I/O模块之间的供电电源设计就是I/O模块供电电源设计。在实际应用中,基本上采用12V直流供电电源和220V交流供电电源。

1.1 12V直流I/O模块供电电源设计

12V直流I/O模块在可编程序控制器组成的控制系统中广泛使用。I/O模块供电电源设计比较简单,一般只需注意以下几点:

(1)依据现场传感器和执行机构实际情况而确定的I/O模块供电电源,并不影响可编程序控制器CPU工作。

(2)12V直流稳压电源容量选择是根据输入模块输入信号为“1”时的输入电流和输出模块输出信号为“1”时负载工作电流而定。在计算时应考虑所有输出点同时为“1”的情况,并留有一定余量。

(3)有两个开关分别控制输出模块和输入模块供电电源。系统启动时,首先启动可编程序控制器CPU,然后合上这两个开关。当现场输入设备或执行机构发出故障时,可立即关掉这两个开关。

1.2 220V交流I/O模块供电电源设计

220V交流I/O模块也被广泛使用。将直流12V输入输出模块换成交流220V输入输出模块就实现了220V交流I/O模块的供电设计。交流220V电源可直接取自整个供电系统交流稳压器的输出端,要注意在交流稳压器设计时要增加相应容量。

2 系统接地设计

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一.正确的接地不仅能抑制干扰使系统可靠工作,而且还能抑制设备向外发出干扰.在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用,可以解决大部分干扰问题。PLC与强电设备最好分别使用接地装置,PLC接地线的截面积应大于2mm2。

由于在实际接地中存在着连接阻抗和分散电容,所以一个系统的所有接地点与大地之间阻抗不能为零。若地线不佳或接地点不当,都会影响接地质量。为保证接地质量,在一般接地过程中要求如下:

(1)接地电阻一般应小于4Ω。

(2)保证有足够机械强度。

(3)要有耐腐蚀及防腐处理。

(4)在整个工厂中,可编程序控制器组成的控制系统要单独设计接地。

3 系统供电设计

3.1 供电系统的保护措施

频率波动、电网冲击产生的干扰将会传播到可编程序控制器系统中。为了提高系统的可靠性和抗干扰性能,在可编程序控制器供电系统中一般可采取隔离变压器、交流稳压器等措施。

(1)隔离变压器。隔离变压器可以抑制从电源线窜入到外来干扰,提高抗高频共模干扰能力。高频干扰信号不是通过变压器绕组的耦合,而是通过一、二次绕组间分布电容传递的。在一、二次绕组之间加绕屏蔽层,并将它和铁心一起接地,可以减少绕组间分布电容,提高抗高频干扰能力。

(2)交流稳压器。交流稳压器可以抑制电网电压起伏。交流稳压器容量要按实际最大需求容量30%计算。这样既可以保证电网电压稳定性,又有助于交流稳压器工作可靠。

3.2 电源模块的选择

可编程序控制器CPU所需工作电源一般是5V直流电源,一般编程接口和通讯模块还需要5.2V和12V直流电源。这些电源都由可编程序控制器本身电源模块供给。可编程序控制器电源模块可以包括各种各样输入电压,有220V交流、110V交流和12V直流。确定了输入电压,也就确定了系统供电电源输出电压。

电源模块输出功率是CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总的消耗功率之和。在选择电源模块时,其额定输出功率必须大于电源模块输出功率,并留有30%左右余量。

在选定电源模块后,还要确定电源模块接线端子和连接方式。接线端子与供电电源之间的连接是电源模块输入电压通道,总线插座与可编程序控制器CPU总线之间的连接是输出信号通道。

在工程实际中,供电系统设计还要重点考虑电源模块的接线、系统接地连接、交流稳压器选择及可编程序控制器电源模块的输入电压等问题。

4 可编程序控制器系统供电设计

以上讨论了可编程序控制器系统的供电电源和接地设计。一个完整的供电系统的总电源来自三相电网,经过系统供电总开关送入系统,可编程序控制器组成的控制系统都是以交流220V为基本工作电源,然后通过隔离变压器和交流稳压器提供输出电源。输出的电源分成两路,一路为可编程序控制器模块供电,另一路为可编程序控制器输入输出模块和现场检测元件、执行机构供电。

在多机系统中,如果每个可编程序控制器都单独供电,则可分别取自不同相电压,以保证三相电源平衡。

综上所述,可编程序控制器组成的控制系统的完整供电设计,在实际工作中的应用可根据情况略作改动,但一些基本原则必须要遵守,以保证控制系统精度和可靠性,保证系统安全可靠运行。

5 结语

可编程序控制器是一种新型的通用自动控制装置,它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,专门为工业控制而设计。这一新型的通用自动控制装置具有很高的可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能。因此,只有为可编程序控制器系统提供了可靠、安全的供电电源,才能充分地发挥出其优越的性能,使其在以后的工作中得到广泛应用。