PLC系统静电防护完整方案

​PLC系统静电防护完整方案

PLC系统，全称为Programmable Logic Controller，即可编程序控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它主要用于逻辑顺序控制，并可以完成模拟量、PLC之间、以太网、无线等方式的数据通讯传送,且广泛应用于工厂、机床、自动榨油机等各个领域，小到中、小型PLC控制系统如交通岗信号灯控制、饮料食品打包机，大到高炉上料、高速轧钢等大型控制系统。

PLC在设计中采用了一些敏感器件和高速通信模块，这些模块在常规操作中比较容易受到静电干扰。可编程逻辑控制器(PLC)系统通常连接外部直流电源，从而为控制器单元、背板和I/O 模块供电，需要通过搭建保护电路来保护PLC免受现场或 PLC 端可能发生的各种故障的影响。本文基于PLC系统的各模块电路进行分解，介绍适合PLC系统的防护方案以及防护器件推荐，使该系统通过IEC 61000‐4‐2和IEC 61000‐4‐5标准。

PLC系统介绍

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都以微处理器为核心，通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

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CPU模块

CPU作为整个PLC系统的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成，通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

存储器模块

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据，常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改，EPROM、EEPROM都是只读存储器。这些存储器可以固化系统管理程序和应用程序。

输入输出模块

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。PLC输入器件通常是各种开关、按钮、传感器等,输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器等。

电源模块

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内部有一个稳压电源可用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。

编程器模块

编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

可用物料汇总

应用模块	产品类别	封装	器件型号
通信端口	ESD	SOT-23	SENC23T5V2BC
		SOT23-6L	SEUC236T5V4UB
I/O端口	MOS	SOT-23	ES2310B, ESGNF10R90,ESGNF10R90K
电源接口	LDO	SOT-223	ES1117
	TVS （12V）	SMA	SMAJ15CA
	TVS （24V）	SMA	SMAJ28CA，SMAJ33CA,SMAJ36CA
CAN （24V）	IC	SOP-8	SIT1040T
	ESD	SOT-23	SENC23T24V2BD
		SOT-23	SENC23T24V2BC
	TVS	SMA	SMAJ24CA
485	IC	SOP-8	ES3088E
	ESD	SOT-23	SENC712A
		SOT-23	SENC712HA

应用示例

电源接口

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，12V，24V等直流电源。小型PLC一般都为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。我们为12V和 24V直流电源提供以下防护方案。

12V直流DC电源端口我们推荐使用型号为SMAJ15CA的大功率TVS，其功率可达400W，最大钳位电压24.4V，IPP为24.6A。

24V直流DC电源端口我们推荐型号为SMAJ28CA、SMAJ33CA、SMAJ36CA的大功率TVS，功率可达400W，满足IEC 61000‐4‐2 Level4(接触放电±30kV，空气放电±30kV)及IEC 61000-4-5 Level 1雷击浪涌防护需求。

CAN芯片

PLC的通信系统内部有多个CAN收发器，用于PLC系统中各模块之间交换信息，为了防止电磁干扰现象导致的较大瞬态电压损坏通信端口，我们给CAN芯片提供以下两个防护方案。

方案一：

我们同时推荐湖南静芯研发的SENC23T24V2BD和SENC23T24V2BC作为CAN总线的防护器件，这是两款用于防止静电放电、过压等瞬态事件ESD防护器件。两款器件内部都集成了两路对称电压24V的ESD防护器件，电气特性相似，封装相同，其中SENC23T24V2BD防护性能更优异，峰值功率(PPK 680W)和峰值电流（IPP 16A）更高。

SENC23T24V2BC本身寄生电容仅为18pF，IPP（峰值脉冲电流）为8A，钳位电压为43V；SENC23T24V2BD本身寄生电容为40pF，IPP（峰值脉冲电流）为16A，钳位电压为45V。低钳位电压可为主芯片提供极优的静电保护效果，两款器件都符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护，客户可根据接口实际性能进行选取。

方案二：

在方案二中我们为CAN总线防护提供了另一种防护方案，在CANH和CANL两条线上分别加上一个TVS（瞬态电压抑制管），型号为SMAJ24CA。该器件响应速度快、钳位电压低，其钳位电压仅为38.9V，能迅速将静电放电能量引导至地，将电压钳制在安全范围内，可保护CAN总线免受静电放电（ESD）和浪涌事件的冲击与干扰。

485芯片

RS485是一种重要的串行数据通信接口标准，湖南静芯研发的ES3088E是常用于RS485通信的差分线驱动器/接收器芯片。它通常用于将单端信号转换为差分信号，以便在长距离或高噪声环境中进行传输，同时也能接收差分信号并转换为单端信号。当两芯片进行差分信号的发送和接收时，将ESD防护器件连接于差分信号线之间，增强电路的可靠性和抗干扰能力。

SENC712A和SENC712HA是两款专用于485防护的ESD器件，两款器件电气特性相似，工作电压为7/12V，均能满足IEC 61000-4-2 Level 4（±15kV空气放电、±8kV接触放电）静电防护标准及IEC 61000-4-5雷击浪涌防护需求。但其中SENC712HA防护性能更优异，峰值功率(PPK)和峰值电流（IPP）更高，可根据接口实际性能进行选取。

总结与结论

PLC系统在工业领域的应用非常多样化，几乎涵盖了工业自动化和控制的方方面面。通过科学的静电防护和监控手段，可以有效降低静电对PLC设备的损害，提高设备的运行效率和寿命。除文中提及的硬件电路设计方面的静电保护措施外，在PLC的生产和使用过程中，也必须采用防静电屏蔽的物理保护措施。

以上是湖南静芯的PLC系统静电防护完整方案，希望能对PLC系统设计带来帮助。湖南静芯研发各种电容等级的ESD和TVS保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件，欢迎前来咨询。

​审核编辑 黄宇