維修電工技師論文-——-PLC控制系統(tǒng).

1、技師專業(yè)論文題目：提高PLC 控制系統(tǒng)的可靠性研究姓名：職業(yè)：維修電工身份證號(hào)：定等級(jí)：技師單位：二零一六年五月六日：內(nèi)容摘要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性研究單位：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(lái)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(lái)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(wú)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(kāi)關(guān)、輸出器件中的接觸、繼電器

2、和電磁閥等。另外，從軟件程序的編制來(lái)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。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1PLCPLC.51.1.51.2.51.3.51.461.5PLC I/O.6PLC .7 2.1 .72.2.89前言可編程序控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）

3、是在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(guò)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(lái)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(wú)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(wú)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(kāi)

4、關(guān)、按鈕、接近開(kāi)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(lái)考慮，如果能編制出一個(gè)帶有監(jiān)控的程序系統(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(lái)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，以

5、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(shuō)明書(shū)的要求， 安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施?？諝庵杏蟹蹓m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(kāi)，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

6、它所能提供的最大電流，防止過(guò)電流造成設(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(kāi) ,采用專用接地 ;如不能分開(kāi)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PLC外設(shè)備PLC外設(shè)備PLC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(guò)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

7、COM 端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開(kāi)設(shè)置。必要時(shí)， 可在現(xiàn)場(chǎng)分別設(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)。1.5PLC 的 I/O 電路(1)由于 PLC 是通過(guò)輸入電路接受開(kāi)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(kāi)關(guān)等輸入開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)。 此外，按鈕的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)的選擇也會(huì)影響

8、到系統(tǒng)的可靠性。現(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(kāi)；但它們的可靠性不一樣，假設(shè)輸出斷開(kāi)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(jiàn)的現(xiàn)象是輸入電路開(kāi)路。當(dāng)采用圖3 電路時(shí)，不論 SBI、SB2開(kāi)關(guān)本身開(kāi)路還是接線開(kāi)路，輸出都安全狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。X001X001X002X002圖 2起，停控制線路圖 3起，停控制線路(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

9、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)才能起到較好的效果。通過(guò)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 。PPLLCC(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(guò)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

10、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)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.PPLLcc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(lái)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(mén)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

11、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(wú)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(lái)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(lái)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(lái)對(duì)這一對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 ,該定時(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(shuō)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)

12、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(kāi)始， T1 開(kāi)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 被清零，等待下一次循環(huán)的開(kāi)始；若在規(guī)定時(shí)間沒(méi)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)）

13、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(shuō)明出現(xiàn)了故障。因此， 可以編寫(xiě)一些常見(jiàn)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(guò)程中先后有兩個(gè)限位開(kāi)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(shuō)明至少有一個(gè)限位開(kāi)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(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)X001，X002 串聯(lián)，來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)表示限位開(kāi)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(kāi)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(kāi)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