工业现场中PLC的保护解决方案

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PLC即Programmable logic Controller，意为可编程逻辑控制器，它是一种数字运算操作的电子控制系统，专门为在工业环境应用而设计，具有极高的抗干扰能力和和可靠性。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算顺序控制及定时计数等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入/输出控制各种类型的生产操作过程。
       
        PLC的一个显著特点就是I/O多，这就意味着PLC的适应能力强，即使用户因为产品更新换代等因素，造成控制流程图改变了，通常也只要修改控制流程图，无需修改PLC硬件的接线，因此PLC在工业控制现场得到了极大的应用。
       
        从组成结构形式上可以将PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，其特点是电源、中央处理单元、I/O接口都集成在一个机壳内。另一类是标准模板式结构化的PLC，其特点是电源模板、中央处理单元模板、I/O模板等在结构上是相互独立的，可根据具体的应用要求，选择合适的模板，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统。
       
        PLC在工业现场实际使用的过程中，由于工业现场环境较恶劣，接线工作量较大，难免会有接线错误，往往会将有功率限制的I/O端口，误接短路，造成端口过流烧毁，因此，PLC的每个I/O端口都很有必要设计过流保护措施，放置自恢复保险丝PPTC在每个I/O端口处，以避免误接短路事故的发生。这样，如果调试人员不小心在I/O端口短路，自恢复保险丝PPTC将会立刻启动保护，限制了I/O端口整个回路的工作电流，保护了PLC的主板。当故障排除，自恢复保险丝PPTC又很快自动恢复到低阻值状态，PLC又可以正常工作。
       
        PLC使用中，I/O端口分数字量和模拟量端口，对于输入端口，又分数字量输入端口和模拟量输入端口。对于PLC电流模拟量输入端口，还需注意过压保护。因为在电流模拟量I/O口中，有一个取样电阻，通常为高精度的250欧姆，当PLC输入电流比如4~20mA的电流信号时，电流通过I/O端口250欧姆电阻后，在PLC内部形成1~5V的电压信号。由于PLC的DC电源通常为24V，PLC测试或者在现场调试的时候，调试者很容易将24V电源接到PLC的模拟量输入I/O端口，如果没有保护的话，250欧姆取样电阻长时间接24V电源，在取样电阻上的功耗就会大量增加（由公式V2/R决定），这样取样电阻就会损坏。一个可能的保护解决方案就是电路中增加一个Zener管（或者TVS管）和取样电阻并联，由Zener管来保护取样电阻。但是随之而来的问题就是，Zener管（或者TVS管）它们是瞬态电压抑制器，对于瞬态电压，它们有良好的保护特性，但是对于长时的过压保护，它们也无能为力。TE connectivity的PPTC+Zener或者PolyZen可以提供一个完整的解决方案。
       
        TE公司的PolyZen器件集成了齐纳二极管精密过压保护元件，能够和内部的PPTC过流保护元件起协同保护作用。在出现持续的高功率状态（过压事件）时，由于PPTC和Zener器件之间无缝的热耦合性能，PolyZen器件中的PPTC可以感测Zener管的温度，当Zener管处于长时间过压而温度增加时，PPTC的温度也会升高，由于PPTC是一个正温度系数的温度敏感电阻，PPTC电阻会温度的增加迅速从低电阻状态转变到高电阻状态，限制了电流并保护了Zener管。