简述PLC应用及使用中应注意的问题.docx
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简述PLC应用及使用中应注意的问题
简述PLC应用及使用中应注意的问题
摘要:
介绍可编程控制器在工业控制领域的应用以及PLC在应用过程中,要保证正常运行应该注意的一系列问题,并给出一些合理的建议。
关键词:
PLC工业控制抗干扰布线接地建议
一、简述
多年来,可编程控制器(以下简称PLC)从其产生到现在,实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。
今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高,成为工业控制领域的主流控制设备,在各行各业发挥着越来越大的作用。
二、PLC的应用领域
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
1.开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
三、PLC的应用特点
1.可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统将极高的可靠性。
2.配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
(2)安装与布线
●动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
将PLC的IO线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线最好,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。
●PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。
与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
●PLC的输入与输出最好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。
模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10.
●交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
(3)I/O端的接线
输入接线
●输入接线一般不要太长。
但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
●输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
●尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
输出连接
●输出端接线分为独立输出和公共输出。
在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。
但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
●由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。
●采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。
●PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
四、PLC应用中需要注意的问题
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。
然而,尽管有如上所述的可靠性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行,要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。
因此在使用中应注意以下问题:
1.工作环境
(1)温度
PLC要求环境温度在0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。
(2)湿度
为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
(3)震动
应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。
当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。
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(4)空气
避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。
对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
(5)电源
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。
在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。
一般PLC都有直流24V输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。
因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。
2.控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。
因此必须知道现场干扰的源头。
(1)干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,其原因是电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流,电磁高速产生电磁波。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。
共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。
差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。
(2)PLC系统中干扰的主要来源及途径
强电干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。
由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。
尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。
柜内干扰
控制柜内的高压电器,大的电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。
此干扰主要有两种途径:
一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。
由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。
来自接地系统混乱时的干扰
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,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
3.主要抗干扰措施
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:
1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
(4)正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。
接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。
完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。
接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。
例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。
此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。
若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。
PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。
模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
●安全地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。
如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。
●系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。
接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
●信号与屏蔽接地
一般要求信号线必须要有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。
信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
5)对变频器干扰的抑制
变频器的干扰处理一般有下面几种方式:
加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。
使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
五、结束语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能够使PLC控制系统正常工作。
随着PLC应用领域的不断拓宽,如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。
21世纪,PLC会有更大的发展,产品的品种会更丰富、规格更齐全,通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
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电气设计中低压交流接触器的选用
低压交流接触器主要用于通断电气设备电源,可以远距离控制动力设备,在接通断开设备电源时避免人身伤害。
交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。
1、交流接触器的结构与参数
一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑,使用方便,动静触头的磁吹装置良好,灭弧效果好,最好达到零飞弧,温升小。
按照灭弧方式分为空气式和真空式,按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。
接触器额定电压参数分为高压和低压,低压一般为380V,500V,660V,1140V等。
电流按型式分为交流、直流。
电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。
一般接触器型号参数给出的是约定发热电流,约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。
比如CJ20-63,主触头的额定工作电流分为63A,40A,型号参数中63指的是约定发热电流,它和接触器的外壳绝缘结构有关,而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。
交流接触器线圈按照电压分为36、127、220、380V等。
接触器的极数分为2、3、4、5极等。
辅助触头根据常开常闭各有几对,根据控制需要选择。
其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。
接触器的分类见表1
表1常用接触器类型
使用类别代号
适用典型负载举例
典型设备
AC-1
无感或微感负载,电阻性负载
电阻炉,加热器等
AC-2
绕线式感应电动机的启动、分断
起重机,压缩机,提升机等
AC-3
笼型感应电动机的启动、分断
风机,泵等
AC-4
笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机
风机,泵,机床等
AC-5a
放电灯的通断
高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等
AC-5b
白炽灯的通断
白炽灯
AC-6a
变压器的通断
电焊机
AC-6b
电容器的通断
电容器
AC-7a
家用电器和类似用途的低感负载
微波炉、烘手机等
AC-7b
家用的电动机负载
电冰箱、洗衣机等电源通断
AC-8a
具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机
压缩机
AC-8b
具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机
压缩机
2、交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备,接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行,除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外,被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。
选用原则如下:
(1)交流接触器的电压等级要和负载相同,选用的接触器类型要和负载相适应。
(2)负载的计算电流要符合接触器的容量等级,即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。
接触器的接通电流大于负载的启动电流,分断电流大于负载运行时分断需要电流,负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况,对于启动时间长的负载,半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
(3)按短时的动、热稳定校验。
线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流,当使用接触器断开短路电流时,还应校验接触器的分断能力。
(4)接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。
要考虑接在接触器控制回路的线路长度,一般推荐的操作电压值,接触器要能够在85~110%的额定电压值下工作。
如果线路过长,由于电压降太大,接触器线圈对合闸指令有可能不起反映;由于线路电容太大,可能对跳闸指令不起作用。
(5)根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。
如果操作频率超过规定值,额定电流应该加大一倍。
(6)短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。
选用时可参见样本手册,样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。
接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。
接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流,接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流,这样断路器才能保护接触器。
实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1~1.38之间,而断路器的反时限过载系数参数比较多,不同类型断路器不一样,所以两者间配合很难有一个标准,不能形成配合表,需要实际核算。
(7)接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范,要考虑维修和走线距离。
3、不同负载下交流接触器的选用
为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀,延长接触器寿命,接触器要躲过负载启动最大电流,还要考虑到启动时间的长短等不利因数,因此要对接触器通断运行的负载进行分析,根据负载电气特点和此电力系统的实际情况,对不同的负载启停电流进行计算校合。
3.1控制电热设备用交流接触器的选用
这类设备有电阻炉、调温设备等,其电热元件负载中用的绕线电阻元件,接通电流可达额定电流的1.4倍,如果考虑到电源电压升高等,电流还会变大。
此类负载的电流波动范围很小,按使用类别属于AC-1,操作也不频繁,选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。
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不悔 论文 范文 教案 电气设计 低压交流 接触器
电气设计中低压交流接触器的选用
3.2控制照明设备用的接触器的选用
照明设备的种类很多,不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。
此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b.如果启动时间很短,可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。
启动时间较长以及功率因数较低,可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。
表2为不同照明设备用接触器选用原则。
表2不同照明设备用接触器选用原则
序号
照明设备名称
启动电源
功率因数
启动时间
接触器选用原则
1
白炽灯
15Ie
1
Ith≥1.1Ie
2
混合照明
1.3Ie
≈1
3
Ith≥1.1×1.3Ie
3
荧光灯
≈2.1Ie
0.4~0.6
Ith≥1.1Ie
4
高压水银灯
≈1.4Ie
0.4~0.6
3~5
Ith≥1.1×1.4Ie
5
金属卤素灯
1.4Ie
0.4~0.5
5~10
Ith≥1.1×2Ie
6
带功率印数补偿的灯
20Ie
0.5~0.6
5~10
按补偿电容启动电流选用
3.3控制电焊变压器用接触器的选用
当接通低压变压器负载时,变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流,在一次侧出现较大电流,可达额定电流的15~20倍,它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。
当电焊机频繁地产生突发性的强电流,从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流,所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器,即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。
此类负载使用类别为AC-6a.
3.4电动机用接触器的选用
电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2~4,对于启动电流在6倍额定电流,分断电流为额定电流下可选用AC-3,如风机水泵等,可采用查表法及选用曲线法,根据样本及手册选用,不用再计算。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流,一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流,增加启动转矩,使用类别AC-2,可选用转动式接触器。
当电动机处于点动、需反向运转及制动时,接通电流为6Ie,使用类别为AC-4,它比AC-3严酷的多。
可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。
公式如下:
Pe=3UeIeCOS¢η,
Ue:
电动机额定电流,Ie:
电动机额定电压,COS¢:
功率因数,η:
电动机效率。
如果允许触头寿命短,AC-4电流可适当加大,在很低的通断频率下改为AC-3类。
根据电动机保护配合的要求,堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。
大多数Y系列电动机的堵转电流≤7Ie,因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。
规范规定:
电动机运行在AC-3下,接触器额定电流不大于630A时,接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。
对于一般设备用电动机,工作电流小于额定电流,启动电流虽然达到额定电流的4~7倍,但时间短,对接触器的触头损伤不大,接触器在设计时已考虑此因数,一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。
对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。
如电动葫芦属于冲击性负载,重载启停频繁,反接制动等,所以计算工作电流要乘以相应倍数,由于重载启停频繁,选用4倍电动机额定电流,通常重载下反接制动电流为启动电流2倍,所以对于此工况要选用8倍额定电流。
3.5电容器用接触器选用
电容器接通时电容器产生瞬态充电过程,出现很大的合闸涌流,同时伴随着很高的电流频率振荡,此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定(即与此馈电变压器和连接导线有关),因此触头闭合过程中可能烧蚀严重,应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择,这样才能保证正确安全的操作使用。
选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等,一般达到50至100额定电流,计算时比较烦琐,可以参见文献1.
如果电容器组没有放电装置,可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器,如ABB公司的B25C、B275C系列。
国产的CJ19系列切换电