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設(shè)計主回路PLC控制系統(tǒng)

①硬件設(shè)計的重要性 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計包括了硬件與軟件兩方面的內(nèi)容。在控制系統(tǒng)的總體規(guī)劃(方案設(shè)計)完成，并且選定了對應(yīng)的PLC型號與規(guī)格后，從工程設(shè)計的角度，就應(yīng)該進入控制系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計階段，即進行系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計。

??PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并非像某些人主觀想象的那樣，由于PLC具有靈活、通用的特點，全部控制要求均可以通過軟件解決，設(shè)計時只要進行PLC與輸入/輸出信號間的簡單連接即可，而是直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的安全性、可靠性與生產(chǎn)制造成本等諸多重要問題。硬件設(shè)計一旦完成，它不可以像軟件設(shè)計那樣可以隨時隨地進行修改，它是決定控制系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵問題，必須引起設(shè)計者的高度重視。

??PLC是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，其本身的安全性、可靠性已經(jīng)得到了良好的保證，但如果外部條件不能滿足PLC的基本要求，同樣可能影響系統(tǒng)的正常運行，造成設(shè)備運行的不穩(wěn)定，甚至危及設(shè)備與人身安全。在系統(tǒng)硬件設(shè)計階段，就必須考慮到系統(tǒng)的安全性與可靠性，并始終將其放在最為重要的位置。

??硬件設(shè)計是對系統(tǒng)進行的原理、安裝、施工、調(diào)試、維修等方面的具體技術(shù)設(shè)計，設(shè)計必須認真、仔細;確保全部圖樣與技術(shù)文件的完整、準(zhǔn)確、齊全、系統(tǒng)、統(tǒng)一，并貫徹國際、國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

??②硬件設(shè)計的基本內(nèi)容 一般來說，PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)包括如下內(nèi)容。

??a.控制系統(tǒng)主回路設(shè)計、控制回路設(shè)計、安全電路、PLC輸入/輸出回路等方面的設(shè)計;b.控制拒、操縱臺的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計;c.控制柜、操縱臺的電器元件安裝設(shè)計;d.電氣連接設(shè)計等。

??以上內(nèi)容中的主回路、控制回路、PLC輸入/輸出回路的設(shè)計是硬件設(shè)計的主要內(nèi)容，屬于電氣控制原理設(shè)計的范疇，統(tǒng)一以"電氣原理圖"的形式體現(xiàn)設(shè)計思想與要求。

??電氣原理圖是系統(tǒng)軟件設(shè)計、安裝與連接設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試與維修的基礎(chǔ)，它完整地體現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計思想與要求，系統(tǒng)中所使用的任何電氣元件以及它們之間的連接要求、主要規(guī)格參數(shù)等，均在電氣原理圖上得到了全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的反映，它是電氣控制系統(tǒng)最為重要的技術(shù)資料。

??電氣原理圖設(shè)計應(yīng)遵循國際、國家或行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。在國外，一般來說，除涉及安全性、可靠性的準(zhǔn)則決不可違背外，對其他方面的要求(如圖形符號、元器件代號等的表示方法)通常較靈活，在閱讀進口設(shè)備圖紙時應(yīng)注意。電氣原理圖的具體繪制要求、讀圖方法等是PLC系統(tǒng)設(shè)計中需要掌握的內(nèi)容，但它們不屬于這里要介紹的范疇，需要時可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與其他參考書。

??PLC電氣原理圖設(shè)計中，PLC的I/O連接設(shè)計相對來說是系統(tǒng)中較為簡單的部分，只需要根據(jù)PLC輸入/輸出的類型，按照PLC的連接要求進行連接即可?？刂葡到y(tǒng)的PLC外圍電路設(shè)計，往往是影響系統(tǒng)運行安全性、可靠性，決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，尤其應(yīng)該引起設(shè)計者的重視。

??控制柜、操縱臺的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制柜、操縱臺的電器元件安裝設(shè)計，電氣連接設(shè)計等屬于安裝與連接設(shè)計的范疇。設(shè)計的目的是用于指導(dǎo)、規(guī)范現(xiàn)場生產(chǎn)與施工，為系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修提供幫助，并提高系統(tǒng)的可靠性與標(biāo)準(zhǔn)化程度。

??①主回路設(shè)計的內(nèi)容 在電氣控制系統(tǒng)中，習(xí)慣上將高電壓、大電流的回路稱為主回路。在常見的PLC控制系統(tǒng)中，主回路通常包括如下部分。

??a.電動機主回路，包括用于電動機通斷控制的接觸器、電動機保護的斷路器等;b.各種動力驅(qū)動裝置的電源回路與動力回路，如驅(qū)動器電源輸入回路及其通斷控制的接觸器、保護斷路器、伺服電動機的電樞回路、直流電動機的勵磁回路等;

??c.各種控制變壓器的一次側(cè)輸入回路，包括通斷控制的接觸器、保護斷路器等;d.用于供給控制系統(tǒng)各部分主電源的電源輸入與控制回路，包括用于電源變壓器、穩(wěn)壓器件以及用于電源回路控制的接觸器、保護斷路器等。

??PLC控制系統(tǒng)的主回路設(shè)計與其他電氣控制系統(tǒng)無原則性區(qū)別，但必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并結(jié)合PLC控制系統(tǒng)的自身特點，充分考慮系統(tǒng)的可靠性與安全性。

??②電源總開關(guān) 根據(jù)EN60204-1(VDE0113第1部分)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為了使整個控制系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離，機械設(shè)備的電氣控制裝置必須安裝電源總開關(guān)。

??總開關(guān)的設(shè)計要求是：開關(guān)必須具有足夠的分斷能力，必須能夠分斷處于"堵轉(zhuǎn)"狀態(tài)的最大電動機的電流與其他所有用電設(shè)備和電動機的電流總和。

??通過總開關(guān)，原則上應(yīng)能斷開設(shè)備中的所有用電設(shè)備電源，例外的是，當(dāng)設(shè)備安裝有需要在總電源切斷情況下使用的安全保護裝置，如維修用電源、維修用照明、設(shè)備安全防護的解鎖裝置等部件時，允許這部分的電源直接連接在設(shè)備進線上，可以不通過總開關(guān)分斷。即便如此，以上電路仍然需要安裝獨立的短路保護器件(如斷路器等)。

??③保護裝置的安裝 為了對設(shè)備主回路進行可靠、有效的保護，設(shè)備中每一個獨立的部件都必須安裝用于短路、過電流保護的保護器件(如斷路器等)，保護器件必須具有足夠的分斷能力，必須能夠可靠分斷被保護的用電設(shè)備或電動機。

??出于調(diào)試、維修的需要和對系統(tǒng)的可靠性與安全性的考慮，原則上對于不同類型的主回路，如電動機主回路、驅(qū)動主回路等，在每一部件獨立安裝保護器件的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對每一大類分類安裝總保護斷路器。

??對于輸入/輸出點數(shù)、種類較多、構(gòu)成復(fù)雜、控制要求較高的控制系統(tǒng)，當(dāng)外部輸入/輸電信號共用電源時，應(yīng)采用分組的形式進行供電，每組通過獨立的保護斷路器進行保護與通/斷控制。

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?④接地與抗干擾 從安全角度考慮，控制系統(tǒng)應(yīng)安裝總接地母線，用于電位平衡與接地。與主回路連接的各種獨立電氣控制裝置，應(yīng)有專門的、符合要求的接地連接線與設(shè)備接地母線進行連接，以防止干擾，提高可靠性。

??系統(tǒng)中容易產(chǎn)生干擾或是容易受到外部干擾的電氣控制裝置，如PLC、數(shù)控裝置(CNC)、伺服驅(qū)動器、變頻器等，應(yīng)通過隔離變壓器、濾波電抗器等與電源進行連接，以抑制線路干擾。

??系統(tǒng)中需要通斷的大功率負載，應(yīng)在線路上安裝浪涌電壓吸收器，以抑制負載通斷產(chǎn)生的過電壓與干擾。

??⑤輔助控制電源的設(shè)計 用于系統(tǒng)安全保護、緊急停機控制的裝置(如制動器、安全門保護等)的輔助電源，應(yīng)確保不會因“急?！钡炔僮鞫謹?。

??系統(tǒng)中可靠性要求較高的控制部件，如PLC的電源輸入、CNC的電源輸入等，當(dāng)它們?yōu)橹绷鱀C24V供電時，應(yīng)盡可能采用獨立的穩(wěn)壓電源進行供電;當(dāng)采用交流供電時，應(yīng)安裝獨立的隔離變壓器，原則上不要與系統(tǒng)的其他控制電路與執(zhí)行元件(如電磁閥、220V/24V控制回路等)共用電源。

??PLC輸入/輸出所需要的傳感器、開關(guān)、執(zhí)行元件電源，應(yīng)盡可能采用外部電源供電的形式，以防止由于外部線路故障引起PLC損壞。

??注意：在歐洲，目前已經(jīng)對工業(yè)電氣控制設(shè)備的主回路實行3相AC400V與單相AC230V標(biāo)準(zhǔn)、以取代傳統(tǒng)的3相AC380V與單相AC220V標(biāo)準(zhǔn)，在進行出口設(shè)備設(shè)計以及進口設(shè)備維修時應(yīng)加以注意。

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