(法孚斯坦因冶金技术（上海）有限公司 上海 200000）
摘要：分析PLC控制线路电压降对继电器可靠吸合的影响和导线间电容电流对继电器可靠断开的影响及保证PLC能够正确接受到信号，举例计算满足继电器吸合和断开要求导线允许的AC220V控制线路最大长度及信号回路的最大长度，提出当线路允许最大长度无法满足工程需求时的解决方案。
关键词：PLC;继电回路；信号回路；吸合功率；保持功率；继电器；电压降；有效长度
引言：PLC工程应用中经常需要通过继电器线圈进行长距离控制，如自来水厂的抽水泵控制柜与控制室一般距离均较远，控制线路长度有时可达近千米；再如规模较大的冶金生产线、化工生产线、造纸生产线等，风机或水泵需要在值班室集中控制，有时控制距离甚至超过千米。当控制线路较长时，应综合考虑控制线路电压降和导线间电容，合理设计控制方案，确保长距离控制时继电器能够可靠吸合和断开，同时PLC能够正确接受现场风机水泵的运行反馈信号以便实时监控设备。
1、按DO输出回路可靠断开计算控制回路最大长度
PLC设计中控制室PLC柜至电气室继电器之间通过长电缆连接，线路中任意两导线间存在电容，导线间电容值与电缆长度成正比，电缆越长，电容效应越明显，流过线间电容和继电器线圈的电流就越大，当电流大到足以使继电器线圈吸合，继电器就不能正常断开，始终保持吸合，导致误动作。
根据《工业与民用配电设计手册第四版》，第十二章12.1.11.5节保证继电器可靠断开计算依据如下：
1）电磁操作或电控气动电器的释放电压应不高于控制电源额定电压的75%，对交流在额定频率下应不低于额定电压的20%，对直流不低于额定电压的10%。
2）导致交流接触器或继电器不能释放的控制线路临界长度可按下式估算：
Lmax=(500P)/(C*U2) 公式1
Lmax：控制线路的临界长度，km；
P：继电器的保持功率，VA
C：单位长度线路电容，uF/km;导体截面积为1.5~4mm2时，三芯电缆中一芯对另两芯的电容约0.6uf/km，两芯电缆间电容约为0.3 uF/km，；
U：控制回路的标称电压，V
3）最大允许长度参考值：
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2、按DO输出回路可靠吸合计算控制回路最大长度
PLC设计中控制室PLC柜至电气室继电器之间通过长电缆连接，因为电缆线芯的电阻作用，线路会产生电压损失，线路越长 ，导线电压降越大，当线路长度产生的电压降较大时，到达继电器线圈两端的电压不足以驱动继电器线圈吸合，继电器对合闸指令可能不会有反应。
根据《工业与民用配电设计手册第四版》，第十二章12.1.11.6节证继电器可靠吸合计算依据如下：
1）接触器在周围空气温度为-5~40℃范围内，在交流或直流控制电源电压为额定值的85%~110%范围内均应可靠吸合。
2）吸合电压取额定值的85%，并计及电源偏差5%，建议按电压降不超过10%校验控制线路的长度。
3）根据电压降校验控制线路的最大长度可按下式估算：
Lmax=（0.1U2）/(△u*Pa) 公式2
Lmax：继电器与控制点的最大距离，km；
U：控制电路标称电压，V；
Pa：继电器的吸合功率，VA；
△u：控制线路单位长度电压降，V/(A.km)， 两芯电缆导线截面积1.5mm2约为
29 V /(A.km)，2. 5mm2约为18 V / (A.km)， 4 mm2约为11V/(A.km)。
4）最大允许长度参考值：
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3、按DI输入回路接受信号计算信号回路最大长度
PLC控制室PLC柜至电气室继电器干接点之间通过长电缆连接，因为电缆线芯的电阻作用，线路会产生电压损失，线路越长，导线电压降越大，当线路长度产生的电压降较大时，到达PLC数字量输入模块的电压就会越低，当电压低于数字量输入模块的电压触发阈值，PLC模块接受不到信号，从而造成信号无法传送至PLC。
根据《工业与民用配电设计手册第四版》，第八章8.5.6节保证PLC数字量输入模块可靠接受信号的计算依据如下：
1）控制、信号回路用的电缆芯，根据机械强度条件选择，铜芯电缆截面积不应小于1.5mm2；
2）控制回路电缆截面积的选择，应保证最大负荷时，控制电源母线至被控设备间连接电缆的电压降不应超过额定二次电压的10%。
3）电缆计算公式如下：S=(2I*L)/(△U*U*γ) 公式3
S:电缆芯截面积，mm2；
I:流过绕组的最大电流，A；
L:电缆长度，m；
△U：绕组正常工作时允许的电压降，取10%；
U：回路标称电压，取220V；
γ：电导率，铜取57*106S/m（S为西门子），S/m
4按PLC信号回路共同确定的线路最大长度
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1）对于图1，控制室+PLC.DO柜至电气室继电器K1、K2通过三芯电缆连接，若K1、K2继电器的吸持功率和保持为20VA，
按可靠分断计算长度Lmax1=(500*20)/(0.6*2202)=344m，按可靠吸合计算长度：Lmax2=（0.1*2202）/(29*20)=8344m，
控制线路需同时满足继电器K1、K2可靠吸合和可靠断开的要求，则导线的电压降和导线间电容共同确定导线的取大长度，即导线取大长度Lmax=min {Lmax1，Lmax2}= min {344，8344}=344m，则控制室至电气室的最远距离需要保证在344m内，PLC才能可靠的控制K1、K2动作。
2）对于图1，控制室+PLC.DI柜至电气室继电器K11、K12、K13接点通过7芯电缆连接，PLC开关量输入模块0-1的触发阀值电压一般为额定电压的80%，若回路电流为100mA、回路采用1.5mm2的铜芯电缆接线、K11、K12、K13接点的接触电阻为2Ω，为保证PLC输入接点0-1的正常触发，计算继电器至+PLC.DI柜的距离为
L={1.5*[(1-80%)*24-0.1*2]/0.0184}/(2*0.1)=1875m，为保证PLC能够正常的接受信号，需要保证控制室至电气室的距离小于1875m。
3）从上述的计算中我们可知，需要保证电气室至控制室的电缆长度都需要满足上述距离的要求，PCL的DI和DO模块才能正确的接受和控制命令。
需要注意具体型号的继电器线圈吸合功率和保持功率及PLC的开关量触发阀值需要查阅相应厂家选型资料，不同厂家差异较大，具体设计时，应根据工程情况具体分析。
5线路允许最大长度无法满足工程需求的解决方案
DO控制线路电压降起主导作用时：
由公式2可知，增大导线截面积利于减小△u或减小线圈K1、K2继电器吸合功率Pa可提高控制线路最大长度；
DO控制线路电容效应起主导作用时：
1）由公式1可知，增大线圈保持功率P可增大控制线路最大长度。
2）由公式1可知，降低控制电压，可增大控制线路最大长度。
对于控制回路可通过AC220V降压变压器降低电压用于长距离的控制。
常用的低于AC220V的交流控制电压有24V、42V、 60V、110V、120V等可供选择，此时需要按公式1和公式2合理的选择变压器变比和继电器参数。
3）控制回路直流供电，采用直流继电器进行控制，如图2所示，K1、K2为DC24V中间继电器，此时导线间电容为零，不需要再按继电器可靠断开校验控制线路的长度，只需要按继电器可靠吸合校验即可。
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DI信号回路不能满足要求时：
1）由公式3可知，增大导线的截面积或电导率可增大控制线路最大长度，当长度不能满足要求时可以适当的增加导线截面积，同时也需要综合考虑信号回路截面积太大是否容易接线。
2）由公式3可知，增大电压也可以增大信号回路的长度，由于PLC数字量输入模块当前绝大多数只接受DC24V信号，所以增大电压对于PLC控制回路无法实现。
6结束语
PLC控制线路设计时，应全面分析控制线路电压降和导线间电容对控制回路的影响，常用控制方案无法满足工程需求时，可根据工程实际情况调整二次控制方案，确保PLC控制回路及信号回路信号的正常。
期望上述分析方法、计算举例及解决方案可供设计人员参考。
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