壹、簡述
多年來，可編程控制器（以下簡稱PLC）從產生到現在，實現了由接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能由弱到強，實現了由邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域由小到大，實現了由簡單的單臺設備控制到能夠控制運動控制、過程控制和分散控制的各類任務。交叉。如今的PLC在模擬量處理、數字運算、人機界面和網絡功能等各方面都有了很大的提高，成為工業控制領域的主流控制設備，在各行各業中發揮著越來越大的作用。
二、PLC的應用領域
目前，PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、紡織、交通、環保和文化娛樂等行業，其用途主要分為以下幾類：
1.開關量邏輯控制
取代傳統繼電器電路 開關量邏輯控制可實現邏輯控制和順序控制，既可用於單臺設備的控制，也可用於多機群控制和自動化流水線。如註塑機、印刷機、訂書機、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍生產線等。
2.工業過程控制
在工業生產過程中，有壹些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC 利用相應的 A/D 和 D/A 轉換模塊以及各種控制算法來處理模擬量程序，完成閉環控制。PID 調節是閉環控制系統中普遍采用的壹種調節方法。PID 調節是壹般閉環控制系統中使用的壹種調節方法。在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合的過程控制中有著非常廣泛的應用。
3.運動控制
PLC 可用於圓周運動或直線運動控制。壹般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛應用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
4.數據處理
PLC 具有數學運算（包括矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳輸、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。數據處理壹般用於壹些大型控制系統，如造紙、冶金、食品行業。
5.通信與聯網
PLC 通信包含 PLC 通信和 PLC 與其他智能設備的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的 PLC 都有通信接口，通信非常方便。
三、PLC的應用特點
1.可靠性高，抗幹擾能力強
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於采用了現代大規模集成電路技術，采用了嚴格的制造工藝，內部電路采取了先進的抗幹擾技術，具有很高的可靠性。采用 PLC 控制系統後，與同樣體積的繼電接觸器系統相比，電氣接線和開關觸點已減少到幾百個甚至上千個，故障大大減少。此外，PLC 具有硬件故障自檢功能，發生故障時可及時發出警告信息。在應用軟件中，應用者還可以將外圍設備編入故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路和設備獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統的可靠性就會極高。
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系列化產品，可用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能外，PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。隨著各種功能單元的普及，PLC 已經滲透到位置控制、溫度控制和數控系統等各種工業控制領域。再加上 PLC 通信能力的增強和人機界面技術的發展，使用 PLC 組成各種控制系統已變得非常容易。
3.易學易用，深受工程技術人員歡迎
PLC 是工礦企業的工業控制設備。它接口簡單，編程語言易於工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業控制打開了方便之門。
4.系統設計工作量小，維護方便，改造容易
PLC用存儲邏輯代替了接線邏輯，大大減少了外部控制設備的接線，使控制系統設計和施工的周期大大縮短，同時日常維護也變得容易，更重要的是使同壹設備改變程序後改變生產工藝成為可能。這尤其適用於多品種、小批量的生產場合。
（2）安裝和接線
● 電源線、控制線、PLC 電源線和 I/O 線應分開接線，隔離變壓器與 PLC 和 I/O 的連接應使用雙膠線。PLC 的 IO 線和大功率線分開布線，如果必須在同壹線槽內，交流線、直流線分開捆紮，如果條件允許，最好分開線槽布線，這樣既可以有盡可能大的空間距離，又可以將幹擾降到最低。
● PLC 應遠離電焊機、大功率矽整流器和大型用電設備等強幹擾源，不能與高壓電器安裝在同壹開關櫃內。機櫃內的 PLC 應遠離電源線（兩者之間的距離應大於 200mm）。與 PLC 安裝在同壹機櫃中的電感負載，如功率較大的繼電器、接觸器線圈，應與 RC 消弧電路並聯。
● PLC 的輸入和輸出應分開布線，開關量和模擬量應分開布線。模擬信號傳輸應采用屏蔽線，屏蔽層應在壹端或兩端接地，接地電阻應小於屏蔽層電阻的 1/10。
● 交流輸出線和直流輸出線不要使用同壹根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和電源線，避免並聯。
（3）I/O 端子的接線
輸入接線
● 輸入接線壹般不宜過長。但是，如果環境幹擾較小，電壓降不大，輸入接線可以適當長壹些。
● 輸入/輸出線不應使用同壹根電纜，輸入/輸出線應分開。
● 盡量采用常開觸點形式接在輸入端，這樣繪制的梯形圖與繼電器原理圖壹致，便於閱讀。
輸出接線
● 輸出端子接線分為獨立輸出和公****。在不同組中，可使用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但是，同壹組中的輸出只能使用相同類型和電壓等級的電源。
● 由於 PLC 的輸出元件封裝在印刷電路板上，並與端子板相連，因此與輸出元件相連的負載短路會燒毀印刷電路板。
● 使用繼電器輸出時，其所承受電感負載的大小會影響繼電器的使用壽命，因此應適當選擇使用電感負載，或增加隔離繼電器。
● PLC輸出負載可能產生幹擾，要采取措施加以控制，如直流輸出的通斷管保護、交流輸出的電阻電容吸收電路、晶體管和雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護等。
四、PLC 應用中需要註意的問題
PLC 是壹種用於工業生產自動化控制的設備，壹般不需要采取任何措施，可以直接在工業環境中使用。但是，盡管如上所述可靠性較高，抗幹擾能力較強，但是當生產環境過於惡劣，電磁幹擾特別強，或者安裝使用不當時，就有可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生錯誤的輸入並造成錯誤的輸出，這樣就會造成設備的失控和誤操作，從而無法保證PLC的正常運行，要提高PLC控制系統的可靠性，壹方面要提高PLC控制系統的可靠性，壹方面要求PLC生產廠家提高設備的抗幹擾能力；另壹方面，要求在設計、安裝和維護使用中高度重視，多方配合才能解決問題，有效提升系統的抗幹擾性能。因此，在使用中應註意以下問題：
1.工作環境
（1）溫度
PLC 要求環境溫度在 0～55oC 之間，不能放置在發熱量大的元器件下面安裝，周圍應有足夠大的通風散熱空間。
（2）濕度
為了保證 PLC 的絕緣性能，空氣的相對濕度應小於 85%（無結露）。
(3)振動
PLC 應遠離強烈的振動源，防止頻率為 10~55Hz 的頻繁或持續振動。當使用環境無法避免振動時，必須采取減震措施，如使用減震橡膠。
（4）空氣
避免腐蝕性和可燃性氣體，如氯化氫、硫化氫等。對於空氣中粉塵或腐蝕性氣體較多的環境，可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制櫃中。
（5）電源
PLC對於電源線帶來的幹擾有壹定的抗幹擾能力。在可靠性要求較高或電源幹擾特別嚴重的環境中，可安裝帶屏蔽的隔離變壓器，以盡量減少設備與地之間的幹擾。壹般 PLC 有直流 24V 輸出提供給輸入端，當輸入端使用外部直流電源時，應選用直流穩壓電源。因為普通的整流濾波電源，由於紋波效應，容易使 PLC 接收到錯誤信息。
2.控制系統幹擾及其來源
現場電磁幹擾是PLC控制系統中最常見、最容易影響系統可靠性的因素之壹，所謂治標先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此，有必要了解現場幹擾源。(1）幹擾源及壹般分類
影響PLC控制系統的幹擾源，大多產生於電流或電壓急劇變化的部位，其原因是電流變化產生磁場，對設備產生電磁輻射；磁場變化產生電流，對電磁高速產生電磁波。通常電磁幹擾根據幹擾模式的不同，分為***模式幹擾和微分模式幹擾。***模幹擾是指信號對地電位差，主要由電網串入地電位差和空間電磁輻射在信號線上誘發的***態（同方向）電壓疊加形成。***模電壓通過不對稱電路可轉換為差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這是某些系統 I/O 模塊損壞率高的主要原因），這種**** 模幹擾可以是直流，也可以是交流。差模幹擾是指作用在信號兩極之間的幹擾電壓，主要是由電磁場在信號之間的空間耦合電感和由不平衡電路轉換的 **** 模幹擾形成的電壓，這種幹擾疊加在信號上，直接影響測量和控制精度。
（2）PLC系統的主要幹擾源及方式
強電幹擾
PLC系統的正常供電均由電網提供。由於電網覆蓋面廣，會受到所有空間電磁幹擾和線路上感應電壓的影響。特別是電網內部的變化、刀閘操作浪湧、大型用電設備啟停、交直流傳動引起的諧波、電網短路瞬態沖擊等，都會通過傳輸線傳輸到原邊電源。
控制櫃幹擾
控制櫃中的高壓電器、大感性負載、混亂的布線都容易對 PLC 產生壹定程度的幹擾。
信號線引入的幹擾
PLC控制系統連接在各類信號傳輸線上，除了傳輸各類有效信息外，總會有外部幹擾信號侵入。這種幹擾主要有兩種途徑：壹是通過變送器電源或***與信號儀表電源串入電網的幹擾，這往往被人們所忽視；二是信號線受到空間電磁輻射的感應幹擾，即信號線對外界的感應幹擾，這是非常嚴重的。由信號線引入的幹擾會造成 I/O 信號工作異常，大大降低測量精度，嚴重時還會造成元器件損壞。
接地系統混亂造成的幹擾
接地是改善電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之壹。正確的接地可以抑制電磁幹擾的影響，還可以抑制設備向外的幹擾；而錯誤的接地，則相反，會引入嚴重的幹擾信號，使 PLC 系統無法正常工作。
來自PLC系統內部的幹擾
主要由系統內部元器件與電路之間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路之間的相互輻射及其對模擬電路的影響、模擬地與邏輯地之間的相互影響以及元器件的相互錯配使用等。
變頻器幹擾
壹是變頻器啟動和運行過程中產生的諧波對電網產生傳導幹擾，造成電網電壓畸變，影響電網供電質量；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射幹擾，影響外圍設備的正常工作。
3.主要抗幹擾措施
（1）合理處理電源，抑制電網幹擾的引入
對於引入電網幹擾的電源可加裝屏蔽層比例為1:1的隔離變壓器，以減小設備與地之間的幹擾，也可在電源輸入側串聯LC濾波電路。
（4）正確選擇接地點，完善接地系統
良好的接地是保證PLC可靠運行的重要條件，可以避免偶發的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，壹是為了安全，二是為了抑制幹擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁幹擾的重要措施之壹。
PLC控制系統的接地包括系統接地、屏蔽接地、交流接地和保護接地。接地系統對PLC系統的幹擾主要是各個接地點的電位分布不均勻，不同接地點之間存在地電位差，產生地環流，影響系統的正常運行。例如，電纜屏蔽層必須在壹點接地，如果電纜屏蔽層兩端 A、B 都接地，就存在地電位差，屏蔽層中就有電流流過，當出現雷擊等異常情況時，接地電流會更大。
另外，屏蔽層、接地線和大地可能構成壹個閉合回路，在變化的磁場作用下，屏蔽層又會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，幹擾信號回路。如果系統地線與其他地線處理混亂，產生的接地回路可能會在地線上產生不等電位分布，影響 PLC 內部邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 的工作邏輯電壓幹擾容限較低，邏輯地電位分布幹擾容易影響 PLC 的邏輯運算和數據存儲，造成數據混亂、程序跑偏或死機。模擬地電位的分布會導致測量精度下降，造成信號測控嚴重失真和誤動作。
● 安全接地或電源接地
電源線接地端子與機櫃接地相連，為安全接地。如果電源漏電或機櫃通電，可從安全接地導入大地，不會對人體造成傷害。
● 系統接地
PLC 控制器為了控制各種設備而采用相同的電位和接地方式，稱為系統接地。接地電阻值不得大於 4Ω，壹般需將 PLC 設備的系統接地與控制櫃中開關電源的負極連接在壹起，作為控制系統的接地。
●信號和屏蔽接地
壹般要求信號線必須有唯壹的參考地，屏蔽電纜遇到可能存在傳導幹擾的場合，也要在本地或控制室進行唯壹接地，防止形成 "地環路"。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在 PLC 側接地；信號線中間的接頭，屏蔽層應牢固連接並絕緣，壹定要避免多點接地；多個測點信號屏蔽雙絞線和多芯絞合總屏蔽電纜連接時，屏蔽層應相互連接並絕緣，選擇合適的接地點單點接觸。
5）對變頻器幹擾的抑制
變頻器幹擾的處理壹般有以下幾種方式：
加裝隔離變壓器，主要針對來自電源的傳導幹擾，可將絕大部分傳導幹擾阻隔在隔離變壓器之前。
使用濾波器，濾波器具有很強的抗幹擾能力，同時還具有防止設備本身向電源傳導幹擾的作用，有的還具有吸收尖峰電壓的功能。
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為了減少變頻器在輸出能量傳遞過程中線路產生的電磁輻射，影響其他設備的正常工作。
五、結論結語
PLC控制系統的幹擾是壹個非常復雜的問題，因此在抗幹擾設計中應該綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制幹擾，才能使PLC控制系統正常工作。隨著 PLC 應用領域的不斷拓寬，如何高效、可靠地使用 PLC 也成為其發展的重要因素。21 世紀，PLC 將有更大的發展，產品品種將更加豐富，規格更加齊全，通過完善的人機界面、完備的通訊設備將更好地適應各種工業控制場合的需要，PLC 作為自動化控制網絡和國際網絡的重要組成部分。PLC 作為自動化控制網絡和國際網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用。
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