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工業PLC的保護解決方案

上網時間: 2015年05月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:PLC  工業  保護  可程式  PolyZen 

作者:戴泰初 / TE電路保護 (TE Circuit Protection)

PLC是Programmable logic Controller的縮寫,意為可程式設計邏輯控制器,它是一種數位運算操作的電子控制系統,是專門為在工業環境應用而設計的,具有極高的抗干擾能力和和可靠性。它採用一種可程式設計的記憶體,用於其內部儲存程式,執行邏輯運算順序控制及定時計數等針對使用者的指令,並透過數位或類比輸入/輸出控制各種類型的生產操作過程。

PLC的一個顯著特點就是I/O多,這就意味著PLC的適應能力強,即使使用者因為產品更新換代等因素而造成控制流程圖改變了,通常也只要修改控制流程圖,無需修改PLC硬體的接線,因此PLC被廣泛地應用在工業控制現場。

從組成結構形式來分類,可以將PLC分為兩類:一類是一體化整體式PLC,其特點是電源、 中央處理單元、I/O介面都整合在一個機殼內。另一類是標準模板式(template)結構化的PLC,其特點是電源模板、中央處理單元模板、I/O模板等在結構上是相互獨立的,可根據具體的應用要求,選擇合適的模板,安裝在固定的機架或導軌上,構成一個完整的PLC應用系統。

PLC在工業現場實際使用的過程中,由於工業現場環境較惡劣,接線工作量較大,難免會發生接線錯誤的情形,往往會將有功率限制的I/O埠誤接短路,造成埠過流燒毀,因此,PLC的每個I/O埠都需要有過流保護措施的設計,而具體的作法就是將自恢復保險絲PPTC放在每個I/O埠處,以避免誤接短路事故的發生。

這樣,如果除錯人員不小心在I/O埠短路,自恢復保險絲PPTC將會立刻啟動保護機制,限制了I/O埠整個回路的工作電流,為PLC的主機板提供保護。當故障排除,自恢復保險絲PPTC又會很快地自動恢復到低阻值狀態,讓PLC又可以恢復正常工作。

PLC使用中,I/O埠有數位埠和類比埠,對於輸入埠,又分數位輸入埠和類比輸入埠。對於PLC電流類比輸入埠,還需注意過壓保護。因為在電流類比I/O埠中,有一個取樣電阻,通常為高精度的250 歐姆,當PLC輸入電流比如4~20mA的電流訊號時,電流通過I/O埠250歐姆電阻後,在PLC內部形成1~5V的電壓訊號。

由於PLC的DC電源通常為24V,PLC測試或者在現場除錯的時候,除錯人員很容易將24V電源接到PLC的類比量輸入I/O埠,如果沒有保護的話,讓250歐姆取樣電阻長時間接在24V電源上,就會使得取樣電阻上的功耗大量增加(由公式V2/R決定),這樣取樣電阻就會損壞。

一種可能的保護解決方案就是在電路中增加一個Zener二極體(或者TVS二極體),並和取樣電阻並聯,由Zener二極體來保護取樣電阻。但是隨之而來的問題是,不管 是Zener二極體或者TVS二極體,它們都是瞬態電壓抑制器,對於瞬態電壓,它們具有良好的保護特性,但是對於長時間的過壓保護,它們也無能為力。TE connectivity的PPTC+Zener或者PolyZen可以提供一個完整的解決方案。

TE的PolyZen元件整合了Zener二極體精密過壓保護元件,能夠和內部的PPTC過流保護元件一起發揮協同保護的作用。在出現持續的高功率狀態(過壓事件)時,由於PPTC和Zener元件之間無縫的熱耦合性能,PolyZen元件中的PPTC可以感測到Zener二極體的溫度,當Zener二極體處於長時間過壓而溫度增加時,PPTC的溫度也會升高。

由於PPTC是一個正溫度係數的溫度敏感電阻,PPTC電阻會隨著溫度的增加而迅速地從低電阻狀態轉變到高電阻狀態,從而限制了電流,並為Zener二極體提供保護。





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