PLC可编程控制器的应用问题及发展趋势

1、PLC的应用及发展趋势

可编程控制器（简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。PLC 是在继电器控制逻辑基础上，与3C 技术相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。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。例如三菱公司生产的F 系列PLC 平均无故障时间高达30 万小时。一些使用冗余CPU 的PLC 的平均无故障工作时间则更长。从PLC 的机外电路来说，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。

微型化、网络化、PC 化和开放性是PLC 未来发展的主要方向。在基于PLC 自动化的早期，PLC 体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32i/o）已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC 控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC 组态软件和pc-based控制的市场份额将逐步得到增长。

当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ethernet 技术的扩展，PLC 也不例外。目前，PLC 使用情况大致可归纳为如下几类：开关量的逻辑控制：这是PLC 最基本、最广泛的应用领域，它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；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。运动控制：PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。过程控制：过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。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；数据处理：现代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。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。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。

2、PLC应用中需注意的问题

尽管PLC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，会造成设备的失控和误动作。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。在使用中应注意以下问题：

2.1 工作环境。
1）温度。PLC 要求环境温度在0~55℃，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。
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。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。

2.2 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。现场干扰的源头如下：

1）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。

2）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。
3）来自信号线引入的干扰：此干扰主要有两种，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，严重时将引起元器件损伤。

4）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。错误的接地，会引入严重的干扰信号，使PLC 系统将无法正常工作。

5）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。

6）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。

2.3 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。
2）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。
a.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。
b.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。

c.信号与屏蔽接地：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。

3）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。
总之，PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠地使用PLC 也成为其发展的重要因素。21 世纪，PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，会有更大的发展，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。