一、簡述

多年來，可編程控製器（以下簡稱PLC）從(cong) 其產(chan) 生到現在，實現了接線邏輯到存儲(chu) 邏輯的飛躍；其功能從(cong) 弱到強，實現了邏輯控製到數字控製的進步；其應用領域從(cong) 小到大，實現了單體(ti) 設備簡單控製到勝任運動控製、過程控製及集散控製等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方麵能力都已大幅提高，成為(wei) 工業(ye) 控製領域的主流控製設備，在各行各業(ye) 發揮著越來越大的作用。

二、PLC的應用領域

目前，PLC在國內(nei) 外已廣泛應用於(yu) 鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂(le) 等各個(ge) 行業(ye) ，使用情況主要分為(wei) 如下幾類：

1．開關(guan) 量邏輯控製

取代傳(chuan) 統的繼電器電路，實現邏輯控製、順序控製，既可用於(yu) 單台設備的控製，也可用於(yu) 多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書(shu) 機械、組合機床、磨床、包裝生產(chan) 線、電鍍流水線等。

2．工業(ye) 過程控製

在工業(ye) 生產(chan) 過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控製算法程序來處理模擬量，完成閉環控製。PID調節是一般閉環控製係統中用得較多的一種調節方法。過程控製在冶金、化工、熱處理、鍋爐控製等場合有非常廣泛的應用。

3．運動控製

PLC可以用於(yu) 圓周運動或直線運動的控製。一般使用專(zhuan) 用的運動控製模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控製模塊，廣泛用於(yu) 各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4．數據處理

PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳(chuan) 送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用於(yu) 如造紙、冶金、食品工業(ye) 中的一些大型控製係統。

5．通信及聯網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與(yu) 其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三、PLC的應用特點

1．可靠性高，抗幹擾能力強

高可靠性是電氣控製設備的關(guan) 鍵性能。PLC由於(yu) 采用現代大規模集成電路技術，采用嚴(yan) 格的生產(chan) 工藝製造，內(nei) 部電路采取了先進的抗幹擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC構成控製係統，和同等規模的繼電接觸器係統相比，電氣接線及開關(guan) 接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使係統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個(ge) 係統將極高的可靠性。

2．配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發展到今天，已經形成了各種規模的係列化產(chan) 品，可以用於(yu) 各種規模的工業(ye) 控製場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數據運算能力，可用於(yu) 各種數字控製領域。多種多樣的功能單元大量湧現，使PLC滲透到了位置控製、溫度控製、CNC等各種工業(ye) 控製中。加上PLC通信能力的增強及人機界麵技術的發展，使用PLC組成各種控製係統變得非常容易。

3．易學易用，深受工程技術人員歡迎

PLC是麵向工礦企業(ye) 的工控設備。它接口容易，編程語言易於(yu) 為(wei) 工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與(yu) 表達方式和繼電器電路圖相當接近，為(wei) 不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從(cong) 事工業(ye) 控製打開了方便之門。

4．係統的設計，工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲(chu) 邏輯代替接線邏輯，大大減少了控製設備外部的接線，使控製係統設計及建造的周期大為(wei) 縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產(chan) 過程成為(wei) 可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chan) 場合。

四、PLC應用中需要注意問題

PLC是一種用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 自動化控製的設備，一般不需要采取什麽(me) 措施，就可以直接在工業(ye) 環境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗幹擾能力較強，但當生產(chan) 環境過於(yu) 惡劣，電磁幹擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從(cong) 而產(chan) 生誤輸入並引起誤輸出，這將會(hui) 造成設備的失控和誤動作，從(cong) 而不能保證PLC的正常運行，要提高PLC控製係統可靠性，一方麵要求PLC生產(chan) 廠家提高設備的抗幹擾能力；另一方麵，要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決(jue) 問題，有效地增強係統的抗幹擾性能。因此在使用中應注意以下問題：

1．工作環境

（1）溫度

PLC要求環境溫度在0~55℃，安裝時不能放在發熱量大的元件下麵，四周通風散熱的空間應足夠大。

（2）濕度

為(wei) 了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小於(yu) 85%（無凝露）。

（3）震動

應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為(wei) 10~55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

（4）空氣

避免有腐蝕和易燃的氣體(ti) ，例如氯化氫、硫化氫等。對於(yu) 空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體(ti) 的環境，可將PLC安裝在封閉性較好的控製室或控製櫃中。

（5）電源

PLC對於(yu) 電源線帶來的幹擾具有一定的抵製能力。在可靠性要求很高或電源幹擾特別嚴(yan) 重的環境中，可以安裝一台帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設備與(yu) 地之間的幹擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩壓電源。因為(wei) 普通的整流濾波電源，由於(yu) 紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。

2．控製係統中幹擾及其來源

現場電磁幹擾是PLC控製係統中最常見也是最易影響係統可靠性的因素之一，所謂治標先治本，找出問題所在，才能提出解決(jue) 問題的辦法。因此必須知道現場幹擾的源頭。

（1）幹擾源及一般分類

影響PLC控製係統的幹擾源，大都產(chan) 生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產(chan) 生磁場，對設備產(chan) 生電磁輻射；磁場改變產(chan) 生電流，電磁高速產(chan) 生電磁波。通常電磁幹擾按幹擾模式不同，分為(wei) 共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些係統I/O模件損壞率較高的主要原因），這種共模幹擾可為(wei) 直流，亦可為(wei) 交流。差模幹擾是指作用於(yu) 信號兩(liang) 極間的幹擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成的電壓，這種幹擾疊加在信號上，直接影響測量與(yu) 控製精度。

（2）PLC係統中幹擾的主要來源及途徑

強電幹擾

PLC係統的正常供電電源均由電網供電。由於(yu) 電網覆蓋範圍廣，它將受到所有空間電磁幹擾而在線路上感應電壓。尤其是電網內(nei) 部的變化，刀開關(guan) 操作浪湧、大型電力設備起停、交直流傳(chuan) 動裝置引起的諧波、電網短路暫態衝(chong) 擊等，都通過輸電線路傳(chuan) 到電源原邊。

櫃內(nei) 幹擾

控製櫃內(nei) 的高壓電器，大的電感性負載，混亂(luan) 的布線都容易對PLC造成一定程度的幹擾。

來自信號線引入的幹擾

與(yu) PLC控製係統連接的各類信號傳(chuan) 輸線，除了傳(chuan) 輸有效的各類信息之外，總會(hui) 有外部幹擾信號侵入。此幹擾主要有兩(liang) 種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀(yi) 表的供電電源串入的電網幹擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾，即信號線上的外部感應幹擾，這是很嚴(yan) 重的。由信號引入幹擾會(hui) 引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yan) 重時將引起元器件損傷(shang) 。

來自接地係統混亂(luan) 時的幹擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑製電磁幹擾的影響，又能抑製設備向外發出幹擾；而錯誤的接地，反而會(hui) 引入嚴(yan) 重的幹擾信號，使PLC係統將無法正常工作。

來自PLC係統內(nei) 部的幹擾

主要由係統內(nei) 部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chan) 生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與(yu) 邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

變頻器幹擾

一是變頻器啟動及運行過程中產(chan) 生諧波對電網產(chan) 生傳(chuan) 導幹擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量；二是變頻器的輸出會(hui) 產(chan) 生較強的電磁輻射幹擾，影響周邊設備的正常工作。

3．主要抗幹擾措施

（1）電源的合理處理，抑製電網引入的幹擾

對於(yu) 電源引入的電網幹擾可以安裝一台帶屏蔽層的變比為(wei) 1:1的隔離變壓器，以減少設備與(yu) 地之間的幹擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。如圖1所示

（2）安裝與(yu) 布線

● 動力線、控製線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與(yu) PLC和I/O之間應采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nei) ，分開捆紮交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅(jin) 能使其有盡可能大的空間距離，並能將幹擾降到最低限度。

● PLC應遠離強幹擾源如電焊機、大功率矽整流裝置和大型動力設備，不能與(yu) 高壓電器安裝在同一個(ge) 開關(guan) 櫃內(nei) 。在櫃內(nei) PLC應遠離動力線（二者之間距離應大於(yu) 200mm）。與(yu) PLC裝在同一個(ge) 櫃子內(nei) 的電感性負載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應並聯RC消弧電路。

● PLC的輸入與(yu) 輸出最好分開走線，開關(guan) 量與(yu) 模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳(chuan) 送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩(liang) 端接地，接地電阻應小於(yu) 屏蔽層電阻的1/10。

● 交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免並行。

（3）I/O端的接線

輸入接線

● 輸入接線一般不要太長。但如果環境幹擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。

● 輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。

● 盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編製的梯形圖與(yu) 繼電器原理圖一致，便於(yu) 閱讀。

輸出連接

● 輸出端接線分為(wei) 獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出隻能用同一類型、同一電壓等級的電源。

● 由於(yu) PLC的輸出元件被封裝在印製電路板上，並且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印製電路板。

● 采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會(hui) 影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。

● PLC的輸出負載可能產(chan) 生幹擾，因此要采取措施加以控製，如直流輸出的續流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體(ti) 管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

（4）正確選擇接地點，完善接地係統

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓衝(chong) 擊危害。接地的目的通常有兩(liang) 個(ge) ，其一為(wei) 了安全，其二是為(wei) 了抑製幹擾。完善的接地係統是PLC控製係統抗電磁幹擾的重要措施之一。

PLC控製係統的地線包括係統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地係統混亂(luan) 對PLC係統的幹擾主要是各個(ge) 接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響係統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩(liang) 端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nei) 又會(hui) 出現感應電流，通過屏蔽層與(yu) 芯線之間的耦合，幹擾信號回路。若係統地與(yu) 其它接地處理混亂(luan) ，所產(chan) 生的地環流就可能在地線上產(chan) 生不等電位分布，影響PLC內(nei) 邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓幹擾容限較低，邏輯地電位的分布幹擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂(luan) 、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yan) 重失真和誤動作。

● 安全地或電源接地

將電源線接地端和櫃體(ti) 連線接地為(wei) 安全接地。如電源漏電或櫃體(ti) 帶電，可從(cong) 安全接地導入地下，不會(hui) 對人造成傷(shang) 害。

● 係統接地

PLC控製器為(wei) 了與(yu) 所控的各個(ge) 設備同電位而接地，叫係統接地。接地電阻值不得大於(yu) 4Ω，一般需將PLC設備係統地和控製櫃內(nei) 開關(guan) 電源負端接在一起，作為(wei) 控製係統地。

● 信號與(yu) 屏蔽接地

一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chan) 生傳(chuan) 導幹擾的場合，也要在就地或者控製室唯一接地，防止形成“地環路”。信號源接地時，屏蔽層應在信號側(ce) 接地；不接地時，應在PLC側(ce) 接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接並進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個(ge) 測點信號的屏蔽雙絞線與(yu) 多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，並經絕緣處理，選擇適當的接地處單點接點。

（5）對變頻器幹擾的抑製

變頻器的幹擾處理一般有下麵幾種方式：

加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳(chuan) 導幹擾，可以將絕大部分的傳(chuan) 導幹擾阻隔在隔離變壓器之前。

使用濾波器，濾波器具有較強的抗幹擾能力，還具有防止將設備本身的幹擾傳(chuan) 導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳(chuan) 輸過程中線路產(chan) 生電磁輻射，影響其它設備正常工作。

PLC控製係統中的幹擾是一個(ge) 十分複雜的問題，因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素，合理有效地抑製抗幹擾，才能夠使PLC控製係統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為(wei) 其發展的重要因素。

五、結束語

未來PLC會(hui) 有更大的發展，產(chan) 品的品種會(hui) 更豐(feng) 富、規格更齊全，通過完美的人機界麵、完備的通信設備會(hui) 更好地適應各種工業(ye) 控製場合的需求，PLC作為(wei) 自動化控製網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(ye) 控製領域發揮越來越大的作用。