維修電工高級(jí)技師論文

1、提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究 單位：作者：日期: ： 內(nèi) 容 摘 要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究可編程序控制器是在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。用PLC來控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就三菱的F系列，據(jù)稱其平均無故障時(shí)間已達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。所以，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC的外圍設(shè)備，比如輸入器件中的行程開關(guān)、輸出器件中的接觸、繼電器和電磁閥等。另外，從軟件程序的編制來考慮，如果能編制出一個(gè)帶有監(jiān)控的程序，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性也有很大好處。下面就如何提高PLC控制

2、系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。簡(jiǎn)述了影響可編程序控制器控制系統(tǒng)可靠性的主要因素，并就可編程序控制器的工作環(huán)境、電源的要求、接地和連接線的方式、降級(jí)操作設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的輸入電路和輸出電路與可編程序控制的軟件程序編制等多個(gè)方面，提出了一些可行的方法和措施。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；外圍設(shè)備；軟件程序；可靠性。目 錄第1章： 從PLC外圍設(shè)備來考慮提高PLC的可靠性.51.1 工作環(huán)境的要求.51.2 電源的要求.51.3 接地和接線.51.4 降級(jí)操作設(shè)計(jì)61.5 PLC的I/O電.6第二章 從PLC的軟件程序來考慮提高控制系統(tǒng)的可靠性.72.1運(yùn)行狀況超時(shí)檢測(cè).72.2邏輯錯(cuò)誤檢測(cè).8第三章 結(jié)束語(yǔ)9

3、 前 言可編程序控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）是在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中，已基本取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸的邏輯控制。用PLC來控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就PLC本身而言，平均無故障時(shí)間一般已可達(dá)3萬(wàn)5萬(wàn)小時(shí)：而三菱的F系統(tǒng)，據(jù)稱其平均無故障時(shí)間已達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。所以，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC的外圍設(shè)備，比如輸入

4、器件中的行程開關(guān)、按鈕、接近開關(guān)，輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。另外，從軟件程序的編制來考慮，如果能編制出一個(gè)帶有監(jiān)控的程序，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性也有很大好處。下面就如何提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。 第1章 從PLC外圍設(shè)備來考慮提高PLC的可靠性PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備,當(dāng)工作環(huán)境較為惡劣，如電磁干擾較強(qiáng)，濕度高、電源、輸入和輸出電路等易受到干擾時(shí)，會(huì)使控制系統(tǒng)的可靠性受到影響。11 工作環(huán)境的要求一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在00C-550C的范圍，并要避免太陽(yáng)光直接照射；安裝時(shí)要遠(yuǎn)離的熱源，保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件；空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%，不結(jié)露

5、，以保證PLC的絕緣良好。PLC應(yīng)避免安裝在有振動(dòng)的場(chǎng)所；對(duì)振動(dòng)源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說明書的要求，安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施。空氣中有粉塵和有害氣體時(shí)，應(yīng)將PLC封閉安裝.。1.2 電源的要求 不同的PLC產(chǎn)品,對(duì)電源的要求也不同,這里包括電源的電壓等級(jí)、頻率、交流紋波系數(shù)和輸入輸出的供電方式等。對(duì)電磁干擾較強(qiáng)、而對(duì)PLC可靠性要求以較高的場(chǎng)合，PLC的供電應(yīng)與動(dòng)力供電和控制電路供電分開，必要時(shí)，可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯(lián)LC濾波電路等。在設(shè)計(jì)時(shí)，外接的直流電源應(yīng)采用穩(wěn)壓電源，供電功率應(yīng)留有20%-30%的余量。對(duì)由控制本身提供的真流電源，應(yīng)了解它所能提供的最大電流，防止過電

6、流造成設(shè)備的損壞。1.3 接地和接線(1)PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提,在設(shè)計(jì)時(shí),PLC的接地應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地分開,采用專用接地;如不能分開接地時(shí),應(yīng)采用共用接地;絕對(duì)禁止采用共通接地方法.如圖1所示,接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC,接地線的徑應(yīng)大于4mm,接地電阻一般應(yīng)小于10歐姆外設(shè)備PLC外設(shè)備PLCPLC外設(shè)備(a)專用接地（b）共用接地（c）共通接地（2）PLC的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，一般不大于30m；在線路距離較長(zhǎng)時(shí)，可采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸入接線的COM端與輸出接線的COM端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開設(shè)置。必要時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)分

7、別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應(yīng)為一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)宜在控制器側(cè)。1.5 PLC的I/O電路 (1)由于PLC是通過輸入電路接受開關(guān)量|、模擬量等輸入信號(hào)的，因此輸入電路的元器件質(zhì)量的好壞和連接方式直接影響著控制系統(tǒng)的可靠性，比如：按鈕、行程開關(guān)等輸入開關(guān)量的觸點(diǎn)接觸是否良好、接線是否牢固等。設(shè)備上的機(jī)械限位開關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按鈕的常開和常閉觸點(diǎn)的選擇也會(huì)影響到系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)以一個(gè)簡(jiǎn)單的起動(dòng)、停止控制線路為例，圖2和圖3所示的是兩個(gè)控制線路和它們對(duì)應(yīng)梯形圖，這

8、兩個(gè)控制線路的控制功能完全一樣，按下起動(dòng)按鈕，輸出動(dòng)作；按下停止按鈕，輸出斷開；但它們的可靠性不一樣，假設(shè)輸出斷開為安全狀態(tài)，那么圖形3的可靠性要比圖2的高，這是因?yàn)镾BI、SB2都有發(fā)生故障的可能，而最常見的現(xiàn)象是輸入電路開路。當(dāng)采用圖3電路時(shí)，不論SBI、SB2開關(guān)本身開路還是接線開路，輸出都安全狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。X001X002X001X002 圖2 起，?？刂凭€路圖3 起，?？刂凭€路(2)在輸入端有感性負(fù)荷時(shí),為了防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊,在負(fù)荷兩端并接電容C和電阻R(交流輸入信號(hào)),或并接續(xù)流二極管D(直流輸入信號(hào)).如圖表4所示，在采取交流輸入方式時(shí)，CR的選擇要適當(dāng)才

9、能起到較好的效果。通過試驗(yàn)裝置的測(cè)試，當(dāng)負(fù)荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120歐姆;負(fù)荷容量在10VA以上時(shí),一般選0.47微乏+47歐姆較適宜.要采取直流輸入方式時(shí),經(jīng)試驗(yàn)得知,二極管的額定電流應(yīng)選為IA,額定電壓要大于電源電壓的3倍。PLCPLC(a)交流輸入方式 (b)直流輸入方式圖4 輸入端有感性負(fù)荷時(shí)的方式(3)在輸出端有感性負(fù)載時(shí),通過試驗(yàn)得知,若是交流負(fù)載場(chǎng)合,應(yīng)在負(fù)載的兩端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、電壓而功率為400VA左右時(shí)，CR浪涌吸收器為0.47UF+47歐姆,如圖5所示.CR愈靠近負(fù)載,其抗干效果愈好;若是直流負(fù)載場(chǎng)合,則在負(fù)載的兩端并接續(xù)

10、流二極管D,如圖6所示.二極管也要靠近負(fù)載,其反向耐壓應(yīng)是負(fù)載電壓的4倍.PLcPLc圖5 輸出端交流感性負(fù)載圖6 輸出端直流感性負(fù)載2 :從PLC的軟件程序來慮提高控制系統(tǒng)的可靠性2.1運(yùn)行狀況超時(shí)檢測(cè)為了提高PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性,可以專門設(shè)置一個(gè)定時(shí)器,作為監(jiān)控程序部分,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè).若程序運(yùn)行能正常結(jié)束,則該定時(shí)器就即被清零,若程序運(yùn)行發(fā)生故障,如出現(xiàn)死循環(huán)等,該定時(shí)器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)就無法清零,此時(shí)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào).在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí),使用這種方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控.如果用PLC來控制某一對(duì)象時(shí),編制程序時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器來對(duì)這一對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,該

11、定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間即為這一對(duì)象工作所需的最大時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)該對(duì)象運(yùn)行時(shí)，同時(shí)也啟動(dòng)該定時(shí)器，若該對(duì)象的運(yùn)行程序在程序在規(guī)定的時(shí)間結(jié)束工作，發(fā)出一個(gè)工作完成信號(hào)，使該定時(shí)器清零，說明這一對(duì)象的運(yùn)行程序正常，否則屬運(yùn)行不正常，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。監(jiān)控程序的梯形如圖7所示，圖中定時(shí)器T1為檢測(cè)元件，X001為控制對(duì)象動(dòng)作信號(hào)，X002為動(dòng)作完成信號(hào)，M2為報(bào)警或停機(jī)信號(hào)。假設(shè)被控對(duì)象運(yùn)行程序完成一次循環(huán)需要50s，則定時(shí)器K,值可取510（T1為100ms定時(shí)器）。當(dāng)X001=1時(shí)，被控對(duì)象運(yùn)行開始，T1開始計(jì)時(shí)，如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)被控對(duì)象的運(yùn)行程序能正常結(jié)束，則X002動(dòng)作，M1復(fù)位，定時(shí)器T1被清

12、零，等待下一次循環(huán)的開始；若在規(guī)定時(shí)間沒有發(fā)出被控對(duì)象運(yùn)行完成的動(dòng)作信號(hào)，則判斷為故障，T1的觸點(diǎn)閉合，接通M2發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。 2.2邏輯錯(cuò)誤檢測(cè) 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可編程序控制器的輸入、輸出信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號(hào)，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編寫一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為NO狀態(tài)，就應(yīng)該按故障處理。例如某機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中先后有兩個(gè)限位開關(guān)對(duì)應(yīng)的PLC輸入地址分別為X001，X002，在兩個(gè)信號(hào)不會(huì)同時(shí)為NO狀態(tài)，如果他們同時(shí)為NO狀態(tài)，就說明至少有一個(gè)限位開關(guān)被卡死，應(yīng)該停機(jī)處理。如圖（8）梯形圖中，這兩個(gè)限位開關(guān)對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)X001，X002串聯(lián)，來驅(qū)動(dòng)一個(gè)表示限位開關(guān)故障的輔助繼電器M0，當(dāng)M0為NO狀態(tài)時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)圖（8）邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)程序2.3. 降級(jí)操作設(shè)計(jì)降級(jí)操作是指在設(shè)計(jì)時(shí)，將手動(dòng)操作包括在內(nèi)的設(shè)計(jì)，例如，緊急停車的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備的開停和再啟動(dòng)功能的設(shè)計(jì)等。這樣，一旦發(fā)生故障，可采用降級(jí)的操作，即對(duì)部分或全部設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)的開停操作，以避免設(shè)備的損壞或?qū)?人員的傷害。此外，在設(shè)計(jì)中也可考慮從全自動(dòng)到半自動(dòng)、直至手動(dòng)