2. PLC供电基础
PLC系统的稳定性，首先取决于供电是否可靠。很多现场“偶发死机”“输入点抖动”“通信中断”并非程序问题，而是电源模块选型不当、容量不足或供电拓扑不合理造成的。本节从电源模块类型入手，梳理常见电压等级、电流需求计算方法、容量选型原则以及典型供电拓扑，为后续冗余电源设计打下基础。
一、PLC电源模块的常见类型
PLC供电通常分为三个层次：外部开关电源、PLC本体电源模块和I/O扩展模块电源。三者职责不同，不能混为一谈。
- 外部开关电源（24V DC）：将AC 220V转换为DC 24V，为PLC本体、传感器、继电器、扩展模块供电，是现场最常用的供电来源。
- PLC本体电源模块：多数中型PLC（如S7-1500、FX5U、CJ2M）内部集成电源，将24V DC或AC 220V转换为内部5V/3.3V逻辑电平，同时提供传感器电源输出（如24V DC/0.5A）。
- 冗余电源模块：由两个独立电源模块并联，通过二极管解耦或均流电路实现热备，单路故障时另一路继续供电。
- UPS/DC-UPS：市电断电后由电池维持24V输出，保证PLC完成数据保存和安全停机。
二、供电电压等级与电流需求计算
工业现场常见供电电压等级包括：AC 220V、AC 110V、DC 24V、DC 12V。其中DC 24V是PLC及I/O模块的主流供电电压。计算电流需求时，应按“同时工作负载”原则逐项累加，而不是简单相加所有设备铭牌电流。
电流需求计算示例：
PLC本体（S7-1500 CPU） : 1.2 A
DI 32点模块 × 2 : 0.15 A × 2 = 0.30 A
DQ 32点模块 × 2 : 0.25 A × 2 = 0.50 A
AI 8通道模块 × 1 : 0.20 A
24V接近开关 × 20 : 0.02 A × 20 = 0.40 A
中间继电器线圈 × 16 : 0.03 A × 16 = 0.48 A
HMI 触摸屏 : 0.60 A
合计 : 3.68 A
建议电源容量 = 3.68 × 1.3 ≈ 4.8 A → 选 5 A 或 10 A 开关电源计算时需注意：启动冲击电流（如继电器、电磁阀）通常是稳态的3～10倍，若负载集中动作，应留出更大余量；线路压降在长距离供电时不可忽略，24V线路超过20米建议加粗线径或就近供电。
三、电源容量选型原则
选型不是“越大越好”，而是“够用+留余量+可扩展”。一般建议按以下步骤执行：
- 统计所有24V负载的稳态电流总和 I总。
- 计算冲击电流 I冲击，取最大值作为瞬时需求。
- 电源额定电流 ≥ I总 × 1.3，且 ≥ I冲击 × 0.7。
- 考虑未来扩展，预留20%～30%余量。
- 核对电源工作温度降额曲线，高温环境下需降额使用。
| 负载类型 | 典型电流 | 冲击倍数 | 选型建议 |
|---|---|---|---|
| PLC本体+扩展模块 | 1.5～3 A | 1.2 | 按稳态×1.3 |
| 传感器/接近开关 | 0.2～0.8 A | 1.0 | 可合并计算 |
| 中间继电器 | 0.5～1.5 A | 3～5 | 单独核算冲击 |
| 电磁阀/指示灯 | 1～3 A | 5～10 | 建议独立电源 |
| HMI/触摸屏 | 0.5～1 A | 1.5 | 与PLC同源 |
四、常见供电拓扑与场景分析
供电拓扑决定了故障时的供电连续性。常见拓扑有四种：单电源集中供电、分区独立供电、双电源冗余供电、UPS+冗余混合供电。下图展示了这四种拓扑的结构关系与适用场景。
五、常见误区与复盘
误区一：只看稳态电流，忽略冲击电流。某包装线PLC频繁重启，实测稳态电流仅3.2A，但16个中间继电器同时吸合瞬间电流达9A，5A电源瞬间过载保护。更换为10A电源后问题消失。
误区二：PLC本体24V输出带现场负载。本体传感器电源通常只有0.5A，接多个接近开关后过载，导致PLC内部逻辑供电波动，表现为输入点随机丢失。
误区三：冗余电源直接并联。两个开关电源输出直接并联，因电压差异产生环流，反而降低可靠性。必须使用带均流功能或二极管解耦的冗余模块。
误区四：忽略线路压降。24V供电线路长50米、电流2A、线径0.75mm²，压降约2.4V，末端仅21.6V，部分传感器已无法正常工作。
复盘建议：每次供电设计完成后，用钳形表实测各支路稳态电流，用示波器观察上电瞬间冲击，并核对电源降额曲线。只有把“类型—电压—电流—容量—拓扑”五个环节全部量化，才能为后续冗余电源与故障诊断提供可靠基础。