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1、2007.09修理与改造文章编号:1671-0711(2007)09-0023-04PLC控制系统的电源设计李传伟(威海职业学院,山东威海264210)摘要:从PLC控制系统抗干扰的角度出发,介绍了PLC控制系统的电源设计方法,分析了PLC供电系统的隔离技术和冗余供电技术。关键词:PLC控制系统;抗干扰;冗余技术;隔离技术;电源供电中图分类号:TM1571.61文献标识码:BPLC控制系统受到诸多干扰,多数干扰是通过缆向电控电源箱配电;动力负载,应从动力配电箱电源系统进入的,对系统危害严重。因此在设计供电。即应避免从动力配电箱向PLC及其他电子设PLC供电系统时应考虑抗
2、干扰性能以及电源系统的备装置供电,如图2所示。冗余设计。一、电源系统的供电方式1.分相供电为避免干扰信号由电源线侵入,在供电配置上应把产生干扰较大的设备与控制系统分开供电,应直接从配电室用屏蔽电缆分剥引出电源,如图1所示。图2配电箱分开供电(2)电源变压器分开供电。当电控装置较多时,可配备专用变压器,应用高压的母线供电。因为大量的低电压动力负载所产生的干扰,经电网后将有很大衰减,所以高压母线的干扰信号比低压动力电网少,如图3所示。图1分相供电2.测控装置与动力设备分别供电计算机控制系统中的执行部件,如交流电机、变流装置、电磁阀、加热器等用电容量大、负载变化大、对系统干扰
3、严重。测控装置使用的交流低压电源容量小,但要求电压稳定性高、干扰小。因此,两种电源不易合一供电,可以采用以下两种方式供电。(1)配电箱分开供电方式。当测控装置较少且集中时,可直接从工厂或车间主配电箱敷设专用电图3电源变压器分开供电CHINAPLANTENGINEERING23修理与改造2007.09无论供电是交流还是直流,都必须将空气开关使用中变压器的屏蔽层要良好接地,次级线圈连接分层设置并使其容量合宜,防止出现越级跳闸引起线要使用双绞线,以减少电源线间干扰。对于PLC大面积断电。的控制器电源,还可在隔离变压器前加入滤波器,3.电源功率容量此时变压器的初级和次级连接线均
4、要使用双绞线,为了使电控装置适应负载变化和防止电源干如图5所示。这样干扰信号经滤波隔离后可大大减扰,设备电源必须有较大储备量及有较好的动态特弱,增强了系统的可靠性。性。储备量一般应选取0.5～1倍的额定值。二、电源系统的隔离1.交流供电系统的隔离由于交流电网中存在着大量的谐波、雷击浪涌及高频干扰,所以交流电源都应采取抑制措施。如采用电源隔离变压器,可以有效地抑制噪声干扰的图5滤波器和隔离变压器的连接侵入。而普通变压器因为在一次、二次绕组之间存在分布电容,会将交流电网中的噪声耦合到二次PLC供电系统可采用如下方式,控制器和I/O系侧,为此必须在绕组间加屏蔽层。图4a、b所
5、示为统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电路电普通变压器和隔离变压器分布电容的情况。在图4a源分开。当某一部分电源出了故障时,而不会影中,普通变压器不加屏蔽层,C12是一、二次绕组响其他部分,如图6所示。在供电质量缺乏保证的分布电容,在共模电压U1C的作用下,二次绕组时,控制器可利用UPS不间断电源供电。对于一所耦合的共模噪声电压为U2C,C2E是二次侧的对地些重要的设备如医疗设备,交流供电可采用双路电容。图4a中二次侧的共模噪声电压U2C为供电系统。U2C=U1CC12/(C12+C2E)在图4b中,隔离变压器有屏蔽层,其中C10、C20分别代表一次侧和二次侧对屏蔽层
6、的分布电容,ZE是屏蔽层的对地阻抗,C2E是二次侧的对地电容,则从图4b可知二次侧的共模噪声电压U2C为U2C=〔U1CZE(/ZE+1/jωC10)〕〔C2E(/C20+C2E)〕由于C2是屏蔽层的对地阻抗,在低频范围内,ZE<<(1/jωC10),所以U2C→0。由此可见,采取屏蔽措施后,通过隔离变压器的共模噪声电压被大大地削弱了。图6使用隔离变压器的供电系统图7为交流电源抗干扰的综合方案。为了将电控系统和供电电网电源隔离开,消除因公共电阻引起的耦合,减少负载波动的影响,同时也为了安全,常常在电源变压器和低通滤波器之前增加一个1∶1隔离变压器。目前,国外已研制成功了
7、专门抑制噪声的隔离变压器(简称NCT),这是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构、铁心材料、形状及其线圈位置都比较特殊,它图4变压器的隔离可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链,从而使差变压器容量应比实际需要大1.2~1.5倍左右。在模噪声不易感应到二次侧,故这种变压器既能切断24CHINAPLANTENGINEERING2007.09修理与改造共模噪声电压,又能切断差模噪声电压,是比较理想的隔离变压器。图9双交流电源供电系统的心脏,为了保证其稳定及高可靠地工作,可采用双机热备份,即冗余技术。把备用机UPS的输图7
