維修電工技師論文PLC

提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究單位：京博農(nóng)化科技股份許學(xué)軍日期：2023年12月4日：根據(jù)本公司的設(shè)備離心機(jī)講解提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究單位：京博農(nóng)化科技股份許學(xué)軍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(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。目錄第1章：從PLC外圍設(shè)備來(lái)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…………………...51.4PLC的I/O電路……………...61.5離心機(jī)I/O點(diǎn)及影響可靠性因素…………...6第二章從PLC的軟件程序來(lái)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)…………….…82.3開機(jī)初始化程序…………….82.4降級(jí)操作設(shè)計(jì)……………….9第三章結(jié)束語(yǔ)……….9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(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。離心機(jī)上面帶的外圍元件主要有：按鈕、磁力開關(guān)、接近開關(guān)、繼電器和電磁閥；維護(hù)保養(yǎng)好這些外圍元件是保障設(shè)備正常運(yùn)行的必要條件。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。第一章從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。1．1工作環(huán)境的要求一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在001.2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PLC外設(shè)備PLCPLC外設(shè)備外設(shè)備(a)專用接地（b）共用接地（c）共通接地圖1接地方法（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)。1.4PLC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。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；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。X001X002X001XX001X002X001X002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。PLCPLCPLCPLC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)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.PPLcPLc圖5輸出端交流感性負(fù)載圖6輸出端直流感性負(fù)載1.5離心機(jī)I/O點(diǎn)及影響可靠性因素（1）下圖為PLC接線圖：PLC圖7PLC接線圖PLCX0為升降閥上限位，x1為升降閥下限位，x2為刮料閥前限位，x3為刮料閥后限位，x4為緊急停止，x5油泵旋鈕，x6為手自動(dòng)旋鈕，x7為啟動(dòng)按鈕，x8為復(fù)位按鈕，x9為上料按鈕，x10為刮料按鈕，x11為料位信號(hào)，y0為中速，y1為低速，y2為液壓電機(jī)，y3為刀轉(zhuǎn)閥，y4為刀上下閥，y5為進(jìn)料閥，y6為刀退閥，y7為料位閥，y8為自動(dòng)指示，y9為手動(dòng)指示，y10為復(fù)位指示。工作原理：油泵旋鈕旋轉(zhuǎn)x5接通，手自動(dòng)旋鈕旋轉(zhuǎn)x6接通，啟動(dòng)按鈕按下x7接通，程序在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。按下上料按鈕X9接通，設(shè)備中速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后開始進(jìn)料，料滿后關(guān)閉進(jìn)料閥，開始脫液。按下刮料按鈕x10接通，設(shè)備轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，刮刀旋進(jìn)并下降開始刮料，刮刀下降到底完成一個(gè)循環(huán)，按下復(fù)位按鈕x8接通，刮刀返回原位設(shè)備停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）影響可靠性因素：因環(huán)境原因，刮刀上下限位傳感器與前后限位傳感器經(jīng)常壞，造成卸料不能運(yùn)行。料位傳感器經(jīng)常壞，進(jìn)料閥不能關(guān)閉跑料。從以上因素來(lái)看維護(hù)保養(yǎng)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的必要條件。第二章: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(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8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)。圖8動(dòng)作超時(shí)檢測(cè)程序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9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(lái)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9邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)程序2.3開機(jī)初始化程序與特殊輔助幾點(diǎn)起的作用（1）：利用另一款離心機(jī)程序截圖介紹開機(jī)初始化程序，如圖10：圖10開機(jī)初始化程序PLC上電后，初始化脈沖輔助繼電器常開觸點(diǎn)閉合，區(qū)間復(fù)位動(dòng)作，使y000-y013(包括y000與y013)輸出全部斷開。區(qū)間復(fù)位動(dòng)作，使m400-m499（包括m400與m499）輔助繼電器全部斷開。使數(shù)據(jù)傳送塊MOV動(dòng)作，將常數(shù)1傳送給D150。使計(jì)數(shù)器C1復(fù)位，使?fàn)顟B(tài)繼電器復(fù)位，使計(jì)數(shù)器C15復(fù)位，使設(shè)備達(dá)到初始化狀態(tài)。運(yùn)行監(jiān)控輔助繼電器常開觸點(diǎn)閉合，使運(yùn)算塊SUB動(dòng)作，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器D220內(nèi)數(shù)據(jù)減去常數(shù)1存入D222。使數(shù)據(jù)傳送塊MOV動(dòng)作，將常數(shù)-1傳送給D1。使數(shù)據(jù)傳送塊MOV動(dòng)作，將常數(shù)-1傳送給D2。比較塊動(dòng)作，當(dāng)D8030內(nèi)數(shù)據(jù)大于常數(shù)100時(shí)M200動(dòng)作。緊急停止按鈕x005,油泵熱機(jī)故障出點(diǎn)x006，變頻器故障觸點(diǎn)x007,時(shí)間繼電器t40常開觸點(diǎn)，任何一個(gè)閉合m112動(dòng)作，數(shù)據(jù)傳輸塊MOV動(dòng)作將常數(shù)7傳送給D150，設(shè)備停機(jī)；復(fù)位按鈕x015，時(shí)間繼電器t40常開觸點(diǎn)，任何一個(gè)閉合m215動(dòng)作，設(shè)備停機(jī)；M215常開觸點(diǎn)閉合，m109復(fù)位，C1復(fù)位，區(qū)間復(fù)位塊動(dòng)作，狀態(tài)繼電器s0-s50復(fù)位，C15復(fù)位；手動(dòng)旋鈕x12閉合，y016動(dòng)作，手動(dòng)指示燈亮；x12常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，y015不動(dòng)作，自動(dòng)指示燈滅；刮刀上限位x000閉合，刮刀前限位閉合或m200不動(dòng)作，y017動(dòng)作，復(fù)位指示燈亮。（2）特殊輔助繼電器的功能：m8000運(yùn)行監(jiān)控，運(yùn)行時(shí)常開；m8001運(yùn)行監(jiān)控，運(yùn)行時(shí)常閉；m8002初始化脈沖，運(yùn)行后輸出一個(gè)掃描周期的開；m8003初始化脈沖，運(yùn)行后輸出一個(gè)掃描周期的關(guān)；m8004出錯(cuò)發(fā)生；m801110ms時(shí)鐘；m8012100ms時(shí)鐘；m80131s時(shí)鐘；m80141min時(shí)鐘；m8015計(jì)時(shí)停止和預(yù)置；m8016停止顯示時(shí)間；m8018RTC檢出；m8019RTC出錯(cuò)‘m8034全輸出禁止；m8035強(qiáng)制運(yùn)行模式；m8036強(qiáng)制運(yùn)行指令；m8037強(qiáng)制停止指令；m8038參數(shù)設(shè)定。2.4.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)