維修電工高級技師論文-

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控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機技術(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)稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個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，如果能編制出一個帶有監(jiān)控的程序，對提高系統(tǒng)的可靠性也有很大好處。下面就如何提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性進行一些探討。簡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、降級操作設(shè)計、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降級操作設(shè)計………………61.5PLC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運行狀況超時檢測……….72.2邏輯錯誤檢測……………..8第三章結(jié)束語………9前言可編程序控制器（以下簡稱PLC）是在程序控制器和微機控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機技術(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是一種計算機系統(tǒng)，比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動化控制系統(tǒng)的基本裝置。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械、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，平均無故障時間一般已可達3萬~5萬小時：而三菱的F系統(tǒng)，據(jù)稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個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。另外，從軟件程序的編制來考慮，如果能編制出一個帶有監(jiān)控的程序，對提高系統(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)計的控制設(shè)備,當(dāng)工作環(huán)境較為惡劣，如電磁干擾較強，濕度高、電源、輸入和輸出電路等易受到干擾時，會使控制系統(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,對電源的要求也不同,這里包括電源的電壓等級、頻率、交流紋波系數(shù)和輸入輸出的供電方式等。對電磁干擾較強、而對PLC可靠性要求以較高的場合，PLC的供電應(yīng)與動力供電和控制電路供電分開，必要時，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)計時，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行的前提,在設(shè)計時,PLC的接地應(yīng)與動力設(shè)備的接地分開,采用專用接地;如不能分開接地時,應(yīng)采用共用接地;絕對禁止采用共通接地方法.如圖1所示,接地點應(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（2）PLC的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長，一般不大于30m；在線路距離較長時，可采用中間繼電器進行信號的轉(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，可在現(xiàn)場分別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應(yīng)為一點接地，接地點宜在控制器側(cè)。1.5PLC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)量的觸點接觸是否良好、接線是否牢固等。設(shè)備上的機械限位開關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件，在設(shè)計時，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機械限位開關(guān)。此外，按鈕的常開和常閉觸點的選擇也會影響到系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)以一個簡單的起動、停止控制線路為例，圖2和圖3所示的是兩個控制線路和它們對應(yīng)梯形圖，這兩個控制線路的控制功能完全一樣，按下起動按鈕，輸出動作；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，這是因為SBI、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，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。X001X002X001X002X001X002X001X002圖2起，?？刂凭€路 圖3起，?？刂凭€路(2)在輸入端有感性負荷時,為了防止反沖感應(yīng)電勢損壞模塊,在負荷兩端并接電容C和電阻R(交流輸入信號),或并接續(xù)流二極管D(直流輸入信號).如圖表4所示，在采取交流輸入方式時，CR的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。通過試驗裝置的測試，當(dāng)負荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120歐姆;負荷容量在10VA以上時,一般選0.47微乏+47歐姆較適宜.要采取直流輸入方式時,經(jīng)試驗得知,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輸入端有感性負荷時的方式(3)在輸出端有感性負載時,通過試驗得知,若是交流負載場合,應(yīng)在負載的兩端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、電壓而功率為400VA左右時，CR浪涌吸收器為0.47UF+47歐姆,如圖5所示.CR愈靠近負載,其抗干效果愈好;若是直流負載場合,則在負載的兩端并接續(xù)流二極管D,如圖6所示.二極管也要靠近負載,其反向耐壓應(yīng)是負載電壓的4倍.PPLcPLc圖5輸出端交流感性負載 圖6輸出端直流感性負載2:從PLC的軟件程序來慮提高控制系統(tǒng)的可靠性2.1運行狀況超時檢測為了提高PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性,可以專門設(shè)置一個定時器,作為監(jiān)控程序部分,對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測.若程序運行能正常結(jié)束,則該定時器就即被清零,若程序運行發(fā)生故障,如出現(xiàn)死循環(huán)等,該定時器在設(shè)定的時間內(nèi)就無法清零,此時PLC發(fā)出報警信號.在設(shè)計應(yīng)用程序時,使用這種方法來實現(xiàn)對系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)的監(jiān)控.如果用PLC來控制某一對象時,編制程序時可定義一個定時器來對這一對象的運行狀態(tài)進行監(jiān)視,該定時器的設(shè)定時間即為這一對象工作所需的最大時間，當(dāng)啟動該對象運行時，同時也啟動該定時器，若該對象的運行程序在程序在規(guī)定的時間結(jié)束工作，發(fā)出一個工作完成信號，使該定時器清零，說明這一對象的運行程序正常，否則屬運行不正常，發(fā)出報警信號或停機信號。監(jiān)控程序的梯形如圖7所示，圖中定時器T1為檢測元件，X001為控制對象動作信號，X002為動作完成信號，M2為報警或停機信號。假設(shè)被控對象運行程序完成一次循環(huán)需要50s，則定時器K,值可取510（T1為100ms定時器）。當(dāng)X001=1時，被控對象運行開始，T1開始計時，如在規(guī)定的時間內(nèi)被控對象的運行程序能正常結(jié)束，則X002動作，M1復(fù)位，定時器T1被清零，等待下一次循環(huán)的開始；若在規(guī)定時間沒有發(fā)出被控對象運行完成的動作信號，則判斷為故障，T1的觸點閉合，接通M2發(fā)出報警信號或停機信號。2.2邏輯錯誤檢測在系統(tǒng)正常運行時，可編程序控制器的輸入、輸出信號和內(nèi)部信號（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，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。例如某機械運動過程中先后有兩個限位開關(guān)對應(yīng)的PLC輸入地址分別為X001，X002，在兩個信號不會同時為NO狀態(tài)，如果他們同時為NO狀態(tài)，就說明至少有一個限位開關(guān)被卡死，應(yīng)該停機處理。如圖（8）梯形圖中，這兩個限位開關(guān)對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點X001，X002串聯(lián)，來驅(qū)動一個表示限位開關(guān)故障的輔助繼電器M0，當(dāng)M0為NO狀態(tài)時就發(fā)出報警信號或停機信號圖（8）邏輯錯誤檢測程序2.3.降級操作設(shè)計 降級操作是指在設(shè)計時，將手動操作包括在內(nèi)的設(shè)計，例如，緊急停車的設(shè)計，關(guān)鍵設(shè)備的開停和再啟動功能的設(shè)計等。這樣，一旦發(fā)生故障，可采用降級的操作，即對部分或全部設(shè)備進行手動的開停操作，以避免設(shè)備的損壞或?qū)θ藛T的傷害。此外，在設(shè)計中