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职业院校PLC实训室建设中应注意的问题

摘要:通过在职业院校内建立模拟工厂的PLC可编程实训室中遇到的一些实际情况,介绍了PLC在具体应用中需要注意的问题。为满足社会和企业对高技能人才的迫切需求,各职业院校纷纷增加了实习实验设备和实训场地建设的投入,以提高学生的动手能力和技能水平。如何能使电类专业的学生在学校就接触到与企业生产相近的环境,如何建设模拟工厂实训室,在建设过程中需要注意哪些问题,对此,我校进行了初步探索。
一、工作环境:
  
PLC可编程是一种控制器件,专为工业环境设计和应用,一般来说具有很高的可靠性,对环境条件没有特别高的要求。
  环境温度 PLC设备存放温度为-20℃~60℃;工作温度为0℃~55℃;编程器工作温度为0℃~45℃。PLC四周通风散热的空间应足够大。实训室应安装窗帘,不要让阳光直接照射实训柜。
  环境湿度 为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应为35%~85% RH。如果湿度过大会对PLC电控柜模拟量的输入/输出精度产生影响。因此,PLC实训室尽量选在远离水房、防水好的教室。
  震动 应使PLC实训室远离强烈的震动源,特别是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,以免造成接线或插件的松动。
二、安装与布线:
  对PLC的干扰主要是来自控制系统中供电电源产生的干扰及线路设备之间产生的电磁感应,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干扰因素之一。因此,要重点针对现场的电磁干扰进行PLC的安装和布线。
  正确安装电源 电源干扰是PLC的主要干扰因素之一,PLC正常情况下由电网电源供电。由于电网的电压经常会受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压及感应电流,尤其是电网中刀开关操作产生的浪涌电压、电力设备起停、交直流传动装置引起的高次谐波、电网短路暂态冲击等,通过输电线路会传到PLC电源,可能会损坏PLC。因为我校的各种电控和供电实训设备集中安置,PLC实训室的电源只好通过安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器对PLC电控柜进行供电,以减小电源引入的电网干扰,也可以在电源输入端串接LC滤波电路。对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器,以减少对PLC电控柜的干扰。安装时应注意:
(1)动力部分、控制部分、PLC、I/O电源线应分别配线。隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接。
(2)系统动力线应足够粗,以降低大容量设备启动时的线路压降。
(3)如有条件,PLC可单独供电。采用在线式不间断供电电源(UPS)供电,以提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能,是一种PLC控制系统的理想电源。
(4)外部电源不要与DC输出点并联用作负载,这可能导致反向电流冲击输出,需要安装二极管或其他隔离栅。
   合理布线与PLC可编程设备连接的各类信号传输线,在传输有效的各类信息的同时,总会有外部干扰信号侵入。信号线的干扰主要有两种:一是通过供电电源串入的电网干扰,这类干扰一般都很小且往往被忽视;二是信号线电磁辐射感应的干扰,这类干扰往往是很严重的。在实训室建设过程中就遇到过这种情况,信号线引入的干扰曾引起I/O信号工作异常,严重时还导致元器件的损坏。因此,在布线时应注意以下几点:
(1)PLC的电源线与其他设备的电缆不能敷设在同一管道中。不同类型的线应分别装入不同的电缆管中,并保持一定的距离。
(2)各导线要相互平行放置,且I/O导线与电源电缆之间最小距离应是300mm。
(3)将交流线和大电流的直导线与小信号线隔开。
(4)PLC的I/O回路尽量使用单股线,若使用多股绞合线时不能将其直接与PLC的接线端子连接,应将多股绞合线接在压接端子上,否则容易出现火花。
(5)PLC基本单元和扩展单元的通信电缆由于传送的信号小,频率高,很容易受干扰,应单独敷设在一个线管中。
   正确接地 要使PLC正常工作,正确的接地措施是很重要的。要既能抑制电磁干扰,又能抑制设备向外发出干扰,完善的接地系统是PLC设备抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC可编程实训设备的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC设备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。若系统地与其他接地处理混乱,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。为防止不同信号回路接地线之间的电流引起互相干扰,必须将各系统的信号线内部地线接通,然后各自用导线统一引到接地网络的某一点,从而实现控制系统一点接地的要求。PLC控制器为了与所控的各个设备同电位接地,叫系统接地。PLC的接地线应尽量短,使接地点尽量接近PLC。接地电阻值不得大于4Ω,接地线截面应大于2mm2。我校是将实训室的PLC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。
三、安全保护:
  尽管PLC的运行是安全的、可靠的,作为一个系统而言,稳定可靠和安全仍然是不可忽视的问题。在安全保护方面,我们充分利用了PLC的特点并兼顾学生的实际情况进行设计,使系统的运行真正达到安全、可靠。
  设备接线端子的保护 虽然PLC是专为学生实训接线使用的,但设备的接线端子不能承受学生每天的大量旋拧操作。因此,必须将PLC、变频器等器件的接线端子事先引出到接线端子排上,以减少设备的损坏率。
  短路保护 为避免PLC输出设备短路造成PLC内部输出元件损坏,应在PLC输出回路中连接熔断器,进行短路保护。对于PLC输出设备的电源线应采用与其他线路不同颜色的线进行区分,并提醒学生在实际接线时注意电源线的连接。
  漏电保护 如果
PLC可编程控制的设备中有变频器,应注意的是变频器是高频脉冲,漏电流很大,若采用一般的漏电保护,则会在变频器启动时跳闸,因此,供电箱内的漏电保护开关应采用变频器专用漏电保护开关。
  互锁保护 由于PLC内部软元件的常开触点和常闭触点的动作是同时进行的,学生在做电动机正反转等控制时,要利用接触器物理元件的常闭触点对PLC外部硬件进行联锁,否则,电动机主回路将短路。
  限位保护在PLC可编程实训设备的输入端增加限位输入信号,在程序中可以利用这类信号实现保护。
限时保护可以利用PLC定时器的特点实现超距离限位保护。

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