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設計主回路PLC控制系統

①硬件設計的重要性 PLC控制系統設計包括了硬件與軟件兩方面的內容。在控制系統的總體規劃(方案設計)完成，并且選定了對應的PLC型號與規格后，從工程設計的角度，就應該進入控制系統的技術設計階段，即進行系統的硬件與軟件設計。

??PLC控制系統的硬件設計，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，而是直接關系到控制系統的安全性、可靠性與生產制造成本等諸多重要問題。硬件設計一旦完成，它不可以像軟件設計那樣可以隨時隨地進行修改，它是決定控制系統設計成敗的關鍵問題，必須引起設計者的高度重視。

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

??硬件設計是對系統進行的原理、安裝、施工、調試、維修等方面的具體技術設計，設計必須認真、仔細;確保全部圖樣與技術文件的完整、準確、齊全、系統、統一，并貫徹國際、國內有關標準。

??②硬件設計的基本內容 一般來說，PLC系統硬件設計應包括如下內容。

??a.控制系統主回路設計、控制回路設計、安全電路、PLC輸入/輸出回路等方面的設計;b.控制拒、操縱臺的機械結構設計;c.控制柜、操縱臺的電器元件安裝設計;d.電氣連接設計等。

??以上內容中的主回路、控制回路、PLC輸入/輸出回路的設計是硬件設計的主要內容，屬于電氣控制原理設計的范疇，統一以"電氣原理圖"的形式體現設計思想與要求。

??電氣原理圖是系統軟件設計、安裝與連接設計、系統調試與維修的基礎，它完整地體現了系統的設計思想與要求，系統中所使用的任何電氣元件以及它們之間的連接要求、主要規格參數等，均在電氣原理圖上得到了全面、準確、系統的反映，它是電氣控制系統最為重要的技術資料。

??電氣原理圖設計應遵循國際、國家或行業的標準與規范。在國外，一般來說，除涉及安全性、可靠性的準則決不可違背外，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，在閱讀進口設備圖紙時應注意。電氣原理圖的具體繪制要求、讀圖方法等是PLC系統設計中需要掌握的內容，但它們不屬于這里要介紹的范疇，需要時可參考有關標準與其他參考書。

??PLC電氣原理圖設計中，PLC的I/O連接設計相對來說是系統中較為簡單的部分，只需要根據PLC輸入/輸出的類型，按照PLC的連接要求進行連接即可。控制系統的PLC外圍電路設計，往往是影響系統運行安全性、可靠性，決定系統成敗的關鍵，尤其應該引起設計者的重視。

??控制柜、操縱臺的機械結構設計，控制柜、操縱臺的電器元件安裝設計，電氣連接設計等屬于安裝與連接設計的范疇。設計的目的是用于指導、規范現場生產與施工，為系統安裝、調試、維修提供幫助，并提高系統的可靠性與標準化程度。

??①主回路設計的內容 在電氣控制系統中，習慣上將高電壓、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.各種動力驅動裝置的電源回路與動力回路，如驅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控制系統的主回路設計與其他電氣控制系統無原則性區別，但必須符合有關標準的規定，并結合PLC控制系統的自身特點，充分考慮系統的可靠性與安全性。

??②電源總開關 根據EN60204-1(VDE0113第1部分)標準規定，為了使整個控制系統與電網隔離，機械設備的電氣控制裝置必須安裝電源總開關。

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

??通過總開關，原則上應能斷開設備中的所有用電設備電源，例外的是，當設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備進線上，可以不通過總開關分斷。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 為了對設備主回路進行可靠、有效的保護，設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備或電動機。

??出于調試、維修的需要和對系統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、驅動主回路等，在每一部件獨立安裝保護器件的基礎上，還應對每一大類分類安裝總保護斷路器。

??對于輸入/輸出點數、種類較多、構成復雜、控制要求較高的控制系統，當外部輸入/輸電信號共用電源時，應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，控制系統應安裝總接地母線，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，應有專門的、符合要求的接地連接線與設備接地母線進行連接，以防止干擾，提高可靠性。

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

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

??⑤輔助控制電源的設計 用于系統安全保護、緊急停機控制的裝置(如制動器、安全門保護等)的輔助電源，應確保不會因“急停”等操作而分斷。

??系統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，當它們為直流DC24V供電時，應盡可能采用獨立的穩壓電源進行供電;當采用交流供電時，應安裝獨立的隔離變壓器，原則上不要與系統的其他控制電路與執行元件(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、執行元件電源，應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，目前已經對工業電氣控制設備的主回路實行3相AC400V與單相AC230V標準、以取代傳統的3相AC380V與單相AC220V標準，在進行出口設備設計以及進口設備維修時應加以注意。

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