魏光輝　姜平　胡玉鑫

【摘 要】隨著現代化控制技術的發(fā)展，目前，PLC控制系統廣泛應用于工礦企業(yè)等單位。PLC的主體及外圍傳感器均為電子器件組成，它們極易遭受感應雷電和雷電浪涌的危害，因而給此類設備造成損壞。本文從幾個方面分析了雷電對PLC控制系統的危害，提出了有針對性的防護措施和方法。

【關鍵詞】PLC；控制系統；雷電防護

0.引言

PLC控制系統是一種廣泛應用于工礦企業(yè)單位、滿足于實時控制要求的專用計算機系統。它的工作原理是靠存儲程序、執(zhí)行指令進行信息交換處理，實現外部輸入信號到輸出信號的轉換，驅動各種類型的外部設備進行工作的自動控制系統。PLC控制系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，集控制、通訊、監(jiān)測為一體。要實現PLC控制系統安全可靠的工作，對PLC控制系統要盡可能降低雷電帶來的損失，就必須采取系統的、綜合的防雷措施。

1.PLC控制系統的防雷措施

根據瞬間過電壓產生、危害途徑等特點，本文從配電系統防雷、控制系統網絡線路、輸入輸出設備防雷、構筑物防雷和合理接地等幾個方面論述了PLC控制系統的防雷措施。

1.1配電系統的防雷

當雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路渦合。雷電沖擊波從配電線路進入PLC控制系統的電源模塊以及從配電線路感應到同一電纜溝內的自控網絡線上進入PLC控制系統的通訊模塊的幾率比從天饋線和信號線路進入的要高得多。因此配電線路的防雷是控制系統防雷的重要部份。

一般的配電系統在高、低壓進線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但PLC的電源機盤仍會遭受雷擊而損壞。這是因為這些措施的保護對象是電氣設備，而PLC控制設備耐過壓能力低，同時，這些避雷器啟動電壓高而且有些有較大的分散電容存在，與設備負載之間成為分流的關系，從而使加在PLC控制設備上的殘壓較高，至少高于避雷裝置的啟動電壓，一般為峰值2～2.5倍（單相殘壓不低于800V），極易造成PLC控制設備損壞。同時大型設備啟停產生的操作過電壓也是危害PLC控制系統的重要原因之一。由上述，用單一的器件或單級保護很難滿足PLC控制設備對電源的要求，所以對電源防雷應采取多級保護措施，具體級數根據各自實際情況而定。如圖所示為一典型PLC控制系統采用的三級保護方案（原有的高壓避雷器保留）。

第一級在變壓器二次側，主要泄放外線等產生的過電壓，其雷通量大，啟動電壓高（900-1800V）。第二級在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線路上感應出的過電壓和其它用電設備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動電壓居中（470-1800V）。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。末級在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達到嵌位輸出，其殘壓低，響應時間快。

1.2通訊線、天饋線、輸入輸出設備防雷

PLC控制系統通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線，并且一般在安裝時都是采取穿管直埋（或電纜溝）鋪設，所以雷電在此處的感應電壓不高（1KV～2KV）。但由于其直接進入PLC或計算機通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)（正常電壓一般為正負5V，12V，24V，48V等），故損害也很大。計算機數據交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲（據系統而定），在選用避雷器件時一般都不采用氧化物避雷器，因為它的分布電容大、對高頻損耗大，除非對之進行特殊處理。選用避雷器時還應以通訊電平和頻率或速率來確定，對于比較高頻的訊號便需要特殊設計的防雷器以確保其阻抗與該系統對應，否則會有信號反射的現象。避雷器應靠近通訊接口處安裝（減小反射損耗）。

而對于PLC的I/O模板、儀表、傳感器等設備，應根據各種設備的具體情況，按設備的電壓等級配置，其工作電壓以安裝在電路中部件的額定電壓為準。防止線路在受感應雷的影響，形成過電壓或電流，造成設備損壞。除了安裝相應避雷器，有良好的接地和布線系統，安全距離外，還要按供電線路、電源線、信號線、通信線、饋線的情況采取屏蔽措施。網絡通訊線路避雷的最好方法當然是采用光纖網絡。

1.3控制站構筑物的防雷

PLC控制系統的總控站是控制和信息中心，集中了很多的計算機設備、通訊設備、儀器儀表，大多數還有電臺和天饋線，是整體生產監(jiān)控、調度中心，在裝修中大量采用了鋁、鐵等金屬材料，所以對防雷的要求就更高一些，其目的是要形成均壓等電位屏蔽措施?？刂普舅跇嬛飸惭b避雷帶、避雷網，只安裝避雷針效果不好，特別是在構筑物高度低、地勢空曠、臨近水源的地方，極易遭受各方向的各種形式的雷擊。雷電的危害途徑主要通過感應而進入自控系統，所以避雷針、帶、網的引下線應盡量多設幾條，使雷電電流有更多的分流途徑，以減小每條線上的泄放電流量從而降低感應能量。室內計算機、PLC控制系統要盡量置于遠離避雷設備的導地金屬體。

1.4合理接地

防雷的最終目的是“泄放”雷電電流，因而對防雷設備的“接地”切不可掉以輕心。一般接地主要有構筑物接地、配電系統及強電設備接地、計算機自控系統接地。如這三種接地配置不合理，極易在雷擊時通過接地網對控制系統造成反擊從而對設備造成損壞。

PLC控制系統是一個特殊用電系統，它包括以下幾種接地：系統工作地（小于4歐），直流工作地（信號屏蔽地、邏輯地等小于2歐），安全保護地（小于2歐）。在安裝時難以分開（特別是對PLC系統），對PLC系統采用聯合接地較好。接地電阻取最小值，至少小于2歐。

地網分開設置時應注意避免地網之間的閃絡。雷擊時，會在地網及附近導體中產生很高電位，地網分開，則可能造成接閃接地體向其它接地體閃絡。所以，地網之間的距離當涉及自控系統接地時應大于10M。在接地線引入室內時，若與其它地網距離太近，可局部采取既絕緣又屏蔽的措施。

2.結束語

由于計算機、PLC系統大量采用大規(guī)模CMOS集成電路和分散控制用的CPU單元，使其對瞬間過電壓承受能力大幅度減弱，同時控制系統各種線路伸入到工廠的各種環(huán)境之中，采用任何一種單一的防雷器件都難以保證其安全，必須采取綜合防護的措施，對癥下藥，將各類可能引起雷害的因素排除，才能將雷害減少至最低限。

【參考文獻】

[1]李根榮.PLC控制系統的防雷設計與保護[J].南方金屬，2011，（2）：54-56.

[2]賈沛，李明軍.PLC控制系統的雷電防護[J].機電信息，2011，（5）：207-208.

[3]陳勤，徐潤生.油庫PLC控制系統的防雷應用[J].有色冶金設計與研究，2009，（6）：43-45.

[4]張朝暉，朱荔，朱國良，邵長軍.儀表控制系統的防雷現狀分析[J].石油化工自動化，2009，（5）：71-73.

[5]張衛(wèi)東.船閘PLC控制設備防雷系統應用研究[J].中國水運，2007，（3）：36-38.