?PLC系統(tǒng)靜電防護完整方案

PLC系統(tǒng)，全稱為Programmable Logic Controller，即可編程序控制器，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它主要用于邏輯順序控制，并可以完成模擬量、PLC之間、以太網、無線等方式的數(shù)據通訊傳送,且廣泛應用于工廠、機床、自動榨油機等各個領域，小到中、小型PLC控制系統(tǒng)如交通崗信號燈控制、飲料食品打包機，大到高爐上料、高速軋鋼等大型控制系統(tǒng)。

PLC在設計中采用了一些敏感器件和高速通信模塊，這些模塊在常規(guī)操作中比較容易受到靜電干擾。可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)通常連接外部直流電源，從而為控制器單元、背板和I/O 模塊供電，需要通過搭建保護電路來保護PLC免受現(xiàn)場或 PLC 端可能發(fā)生的各種故障的影響。本文基于PLC系統(tǒng)的各模塊電路進行分解，介紹適合PLC系統(tǒng)的防護方案以及防護器件推薦，使該系統(tǒng)通過IEC 61000‐4‐2和IEC 61000‐4‐5標準。

PLC系統(tǒng)介紹

可編程控制器的結構多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都以微處理器為核心，通常由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個部分組成。

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CPU模塊

CPU作為整個PLC系統(tǒng)的核心，起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成，通過地址總線、數(shù)據總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。

存儲器模塊

存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據，常用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改，EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。這些存儲器可以固化系統(tǒng)管理程序和應用程序。

輸入輸出模塊

I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。PLC輸入器件通常是各種開關、按鈕、傳感器等,輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器等。

電源模塊

PLC電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉換成內部工作電壓。PLC內部有一個穩(wěn)壓電源可用于對PLC的CPU單元和I/O單元供電。

編程器模塊

編程器是PLC的最重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。

可用物料匯總

應用示例

電源接口

PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC 5V，12V，24V等直流電源。小型PLC一般都為輸入電路和外部的電子傳感器(如接近開關)提供24V直流電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。我們?yōu)?2V和 24V直流電源提供以下防護方案。

12V直流DC電源端口我們推薦使用型號為SMAJ15CA的大功率TVS，其功率可達400W，最大鉗位電壓24.4V，IPP為24.6A。

24V直流DC電源端口我們推薦型號為SMAJ28CA、SMAJ33CA、SMAJ36CA的大功率TVS，功率可達400W，滿足IEC 61000‐4‐2 Level4(接觸放電±30kV，空氣放電±30kV)及IEC 61000-4-5 Level 1雷擊浪涌防護需求。

CAN芯片

PLC的通信系統(tǒng)內部有多個CAN收發(fā)器，用于PLC系統(tǒng)中各模塊之間交換信息，為了防止電磁干擾現(xiàn)象導致的較大瞬態(tài)電壓損壞通信端口，我們給CAN芯片提供以下兩個防護方案。

方案一：

我們同時推薦湖南靜芯研發(fā)的SENC23T24V2BD和SENC23T24V2BC作為CAN總線的防護器件，這是兩款用于防止靜電放電、過壓等瞬態(tài)事件ESD防護器件。兩款器件內部都集成了兩路對稱電壓24V的ESD防護器件，電氣特性相似，封裝相同，其中SENC23T24V2BD防護性能更優(yōu)異，峰值功率(PPK 680W)和峰值電流（IPP 16A）更高。

SENC23T24V2BC本身寄生電容僅為18pF，IPP（峰值脈沖電流）為8A，鉗位電壓為43V；SENC23T24V2BD本身寄生電容為40pF，IPP（峰值脈沖電流）為16A，鉗位電壓為45V。低鉗位電壓可為主芯片提供極優(yōu)的靜電保護效果，兩款器件都符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±8kV（接觸）下提供瞬變保護，客戶可根據接口實際性能進行選取。

方案二：

在方案二中我們?yōu)镃AN總線防護提供了另一種防護方案，在CANH和CANL兩條線上分別加上一個TVS（瞬態(tài)電壓抑制管），型號為SMAJ24CA。該器件響應速度快、鉗位電壓低，其鉗位電壓僅為38.9V，能迅速將靜電放電能量引導至地，將電壓鉗制在安全范圍內，可保護CAN總線免受靜電放電（ESD）和浪涌事件的沖擊與干擾。

485芯片

RS485是一種重要的串行數(shù)據通信接口標準，湖南靜芯研發(fā)的ES3088E是常用于RS485通信的差分線驅動器/接收器芯片。它通常用于將單端信號轉換為差分信號，以便在長距離或高噪聲環(huán)境中進行傳輸，同時也能接收差分信號并轉換為單端信號。當兩芯片進行差分信號的發(fā)送和接收時，將ESD防護器件連接于差分信號線之間，增強電路的可靠性和抗干擾能力。

SENC712A和SENC712HA是兩款專用于485防護的ESD器件，兩款器件電氣特性相似，工作電壓為7/12V，均能滿足IEC 61000-4-2 Level 4（±15kV空氣放電、±8kV接觸放電）靜電防護標準及IEC 61000-4-5雷擊浪涌防護需求。但其中SENC712HA防護性能更優(yōu)異，峰值功率(PPK)和峰值電流（IPP）更高，可根據接口實際性能進行選取。

總結與結論

PLC系統(tǒng)在工業(yè)領域的應用非常多樣化，幾乎涵蓋了工業(yè)自動化和控制的方方面面。通過科學的靜電防護和監(jiān)控手段，可以有效降低靜電對PLC設備的損害，提高設備的運行效率和壽命。除文中提及的硬件電路設計方面的靜電保護措施外，在PLC的生產和使用過程中，也必須采用防靜電屏蔽的物理保護措施。

以上是湖南靜芯的PLC系統(tǒng)靜電防護完整方案，希望能對PLC系統(tǒng)設計帶來幫助。湖南靜芯研發(fā)各種電容等級的ESD和TVS保護器件，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發(fā)服務，為各種接口及通信線路提供值得信賴的保護器件，歡迎前來咨詢。

?審核編輯 黃宇