基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第2頁(yè)
基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第3頁(yè)
基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第4頁(yè)
基于PLC的多種液體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第5頁(yè)
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畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕論文題目:基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名:所在院系:所學(xué)專(zhuān)業(yè):導(dǎo)師姓名:完成時(shí)間:年月日摘要本文所介紹的多種液體混合控制系統(tǒng)是一種適用于工業(yè)環(huán)境下的新型通用自動(dòng)控制裝置。在本設(shè)計(jì)中采用了日本松下公司FP1系列AFP可編程控制器,以三種液體的混合控制為例,將三種液體按一定比例進(jìn)行混合,加熱到特定溫度后進(jìn)行攪拌,待攪拌均勻后沉著器中流出,并實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)循環(huán)控制。在控制系統(tǒng)中通過(guò)程序中的液位傳感器控制液體流量,溫度傳感器控制混合液體的溫度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體混合裝置的控制。在設(shè)計(jì)中具體完成了PLC硬件設(shè)計(jì)和軟件編程,并通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試,到達(dá)自動(dòng)混合液體的目的,提高了液體混合生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率,可以用于工業(yè)上液體混合及后期加工等,根本適合于工業(yè)生產(chǎn)要求,其便于維修和保養(yǎng)。關(guān)鍵詞:多種液體,混合裝置,自動(dòng)控制目錄1緒論12總體方案設(shè)計(jì).22.1方案設(shè)計(jì)22.2控制方案介紹23硬件電路設(shè)計(jì)43.1總體結(jié)構(gòu)43.2液位傳感器的選擇63.3溫度傳感器的選擇73.4攪拌電機(jī)的選擇9電動(dòng)機(jī)主電路9計(jì)算攪拌器的理論功率103.4.3選用電動(dòng)機(jī)103.5電磁閥的選擇113.6接觸器的選用123.7熱繼電器的選擇123.8熔斷器的選擇133.9PLC的選擇133.10PLC輸入輸出口的分配143.11液體混合裝置輸入/輸出裝置接線(xiàn)圖144軟件電路設(shè)計(jì)144.1程序框圖144.2控制程序梯形圖164.3語(yǔ)句表175系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及維護(hù)185.1系統(tǒng)故障的概念195.2系統(tǒng)故障分析及處理195.2.1PLC故障分析195.2.2PLC控制系統(tǒng)故障分布和分層排除205.3系統(tǒng)抗干擾性的分析與維護(hù)215.3.1干擾源及一般分類(lèi)215.3.2PLC系統(tǒng)中干擾的主要來(lái)源及途徑215.3.3主要抗干擾措施226結(jié)束語(yǔ)23致謝23參考文獻(xiàn)241緒論多種液體混合是將多種液體按照先后順序,按照一定比例,加熱到預(yù)定的溫度然后進(jìn)行混合。在現(xiàn)在的很多行業(yè)中,如煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種液體和混合罐裝是必不可少的工序,在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中占有重要的地位,由于其生產(chǎn)過(guò)程中介質(zhì)多為易爆易燃、有毒有腐蝕性的物體,工作環(huán)境十分惡劣,不適合人工操作,加上現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)本錢(qián)的需要,其生產(chǎn)由簡(jiǎn)單的人工操作、機(jī)械化、半自動(dòng)化向著自動(dòng)化,智能化的方向開(kāi)展,以確保整個(gè)液體混合過(guò)程的混合精確,控制可靠的要求。以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制,使用硬連接電器多、可靠性差、自動(dòng)化程度不高當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多地方的此類(lèi)控制系統(tǒng)主要是采用DCS,這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表信號(hào)較多,采用此系統(tǒng)性?xún)r(jià)比相對(duì)較好,但隨著電子技術(shù)的不斷開(kāi)展,PLC在儀表控制方面的功能已經(jīng)不斷強(qiáng)化。用于回路調(diào)節(jié)和組態(tài)畫(huà)面的功能不斷完善,而且PLC的抗干擾的能力也非常強(qiáng)大,對(duì)電源的質(zhì)量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對(duì)傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造,大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度,為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障,所以PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用。可編程控制器是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲(chǔ)器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令、進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作,并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展,可編程序控制器技術(shù)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域,可編程序控制器以其高可靠性的操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),已經(jīng)形成了一種工業(yè)控制趨勢(shì)。一直以來(lái),可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制方面發(fā)揮著巨大作用,為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。PLC主要能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安個(gè)可靠和比較完善的解決方案,適合當(dāng)前自動(dòng)化工業(yè)企業(yè)的需要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的開(kāi)展,工業(yè)控制領(lǐng)域有了翻天覆地的變化,而PLC不斷地采用新技術(shù)以及增強(qiáng)系統(tǒng)的開(kāi)放性,在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。PLC將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,成為實(shí)現(xiàn)單機(jī)、車(chē)間、工廠(chǎng)自動(dòng)化的核心設(shè)備,其具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步,其控制功能由簡(jiǎn)單的邏輯控制、順序控制開(kāi)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過(guò)程控制,成為自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱。特別是在機(jī)器人、CAD/CAM方面有著廣泛的應(yīng)用,主要應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域有:順序控制、過(guò)程控制、位置控制、生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。在本文中用采用日本松下公司生產(chǎn)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)多種液體混合過(guò)程的控制,采用液位傳感器對(duì)容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控控制,其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備投資少,監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高,還具有在線(xiàn)修改功能,靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),適用于多段液位控制的監(jiān)控場(chǎng)合??梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)液體混合過(guò)程的準(zhǔn)確、快速、高效、平安、自動(dòng)化控制并且維修方便,可以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)需求。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為:控制方案的設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件電路設(shè)計(jì)、整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障以及相應(yīng)的保養(yǎng)維修措施。本設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題是使液體灌裝機(jī)能夠平安、快速、準(zhǔn)確全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的混合。在相關(guān)的研究文獻(xiàn)報(bào)道中用PLC灌裝機(jī)進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究已有,但是絕大多局部公是以介紹控制工作原理為主,以致人們難以根據(jù)生產(chǎn)的具體情況,正確選用相關(guān)技術(shù)參數(shù)的控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制,也就難以在提高產(chǎn)品質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率的,降低本錢(qián)的前提下,保證整個(gè)液體混合過(guò)程的順序進(jìn)行。2總體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按時(shí)液體混合生產(chǎn)工藝流程為中心來(lái)進(jìn)行相關(guān)的軟硬件電路設(shè)計(jì),對(duì)于本中所用到的電氣符號(hào)符合國(guó)家關(guān)于電氣工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB4728)。其設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么為:在滿(mǎn)足液體混合條件和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件,使整個(gè)液體混合符合相關(guān)技術(shù)參數(shù)的條件下,整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)平安、可靠、穩(wěn)定,盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、降低生產(chǎn)本錢(qián)。在設(shè)計(jì)方案元器件選擇時(shí)考慮其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性,在滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求的前提下,發(fā)行量選用新技術(shù)、新產(chǎn)品,整個(gè)控制過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。要實(shí)現(xiàn)用PLC控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)液體混合灌裝系統(tǒng)需要考慮:(1)各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)的先后順序,彼此之間的時(shí)間間隔;(2)何時(shí)攪拌和攪拌時(shí)間;(3)何時(shí)加熱和加熱到多少溫度結(jié)束;(4)整個(gè)混合過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)控制。對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主從以上四個(gè)方面進(jìn)行考慮來(lái)確定系統(tǒng)控制方案。2.2控制方案介紹目前常用的控制系統(tǒng)有以下幾種:繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器控制?,F(xiàn)在將這幾種控制系統(tǒng)相比較,并結(jié)合并本設(shè)計(jì)的實(shí)際確定控制方案。(1)繼電器控制系統(tǒng)PLC與繼電器均可以用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器電路圖都是用線(xiàn)圈和觸點(diǎn)來(lái)表示邏輯關(guān)系。繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器(或稱(chēng)物理繼電器)和硬件接線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,PLC的控制功能主要是用軟件(即程序)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC采用的計(jì)算機(jī)技術(shù)、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)功等功能,比繼電器控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)大的多。繼電器系統(tǒng)的可靠性差,診斷與復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器是一種“軟繼電器〞,它們的功能是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此沒(méi)有硬件繼電器那樣的觸點(diǎn)易于接觸不良的。PLC的可靠性高,故障率極低,并且很容易診斷和排除故障。繼電器的控制功能被固定在線(xiàn)路中,其功能單一,不易修改,靈活性差。PLC的控制方式靈活,有很強(qiáng)的柔性,僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。至今還沒(méi)有一套通用的容易掌握的繼電器電路設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)復(fù)雜的繼電器電路既困難又費(fèi)時(shí),設(shè)計(jì)出的電路也很難閱讀理解。PLC有大量用軟件實(shí)現(xiàn)的輔助繼電器,定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等編程元件供梯形圖的設(shè)計(jì)者使用。用先進(jìn)的順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖,比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器電路花費(fèi)的時(shí)間要少得多。繼電器要在硬件安裝,接線(xiàn)全部完成后才能進(jìn)行調(diào)試,開(kāi)展問(wèn)題后修改電路花的時(shí)間也很多。PLC控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)柜制作,現(xiàn)場(chǎng)施工和梯形圖設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行,梯形圖可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后修改起來(lái)非常方便?!?〕單片機(jī)控制單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,將CPU、并行輸入/輸出接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器和通信接口集成在一個(gè)芯片中,最廉價(jià)的8位單片機(jī)銷(xiāo)售僅為幾元,其功能強(qiáng),響應(yīng)速度快,性能價(jià)格比極高。但是除了單片機(jī)芯片外,單片機(jī)還需要設(shè)計(jì)硬件電路圖和印制電路板。單片機(jī)一般用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編程,編程時(shí)需要了解單片機(jī)內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。將單片機(jī)用于工業(yè)控制,對(duì)開(kāi)發(fā)人員的硬件設(shè)計(jì)水平和軟件設(shè)計(jì)水平的要求都很高。此外,用單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)控產(chǎn)品需要采用大量的硬件,軟件方面的抗干擾措施,才能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。有的專(zhuān)業(yè)公司開(kāi)發(fā)的單片機(jī)產(chǎn)品的可靠性都難到達(dá)PLC的水平。使用單機(jī)機(jī)的專(zhuān)用測(cè)控裝置都早專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家來(lái)開(kāi)發(fā),現(xiàn)在很少有最終用戶(hù)開(kāi)發(fā)單件或小批量的單片機(jī)測(cè)控裝置。(3)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制控制用的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱(chēng)為工控機(jī)。工控機(jī)是在個(gè)人計(jì)算機(jī)的根底上開(kāi)展起來(lái)的,采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu),硬件的兼容性較強(qiáng)。IPC有各種各樣的輸入/輸出板卡供用戶(hù)選用,有很強(qiáng)的高速浮點(diǎn)去處、圖像運(yùn)算、通信和人機(jī)交互等功能,容易實(shí)現(xiàn)管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。PLC的體積小巧緊湊,硬件和操作系統(tǒng)的可靠性總體上比工控機(jī)高。工控機(jī)那么來(lái)源于個(gè)人計(jì)算機(jī),主要用于過(guò)程控制或控制系統(tǒng)中的上位機(jī)和人機(jī)接口。在高端應(yīng)用方面,很難區(qū)分PLC和工業(yè)PC之間的差異,因主兩者均采用同樣的微機(jī)處理器和內(nèi)存芯片。PLC與PC相比有以下優(yōu)點(diǎn):1)對(duì)低端應(yīng)用,PLC具有極大的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。工控機(jī)的價(jià)格比較高,將它用于小型開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制,無(wú)論在體積和價(jià)格上都很難接受,可靠性也遠(yuǎn)不如PLC。2)PLC的可靠性無(wú)可比較,故障停機(jī)時(shí)間最少。3)PLC是專(zhuān)門(mén)為工廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的,結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型,對(duì)印制板,電源,機(jī)架,插座的制造和密閉,均采用了嚴(yán)密的措施。4)PLC使用專(zhuān)門(mén)為工控設(shè)計(jì)的各種編程語(yǔ)言,這些語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)。與PC機(jī)開(kāi)展太快相比,PLC產(chǎn)品可以長(zhǎng)期供貨,并提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。5)PLC有龐大的有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,維護(hù)人員和技術(shù)支持系統(tǒng)?!?〕可編程程序控制器控制PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。有以下主要特點(diǎn):1〕使用靈活、通用性強(qiáng);2〕可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);3〕接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便;4〕體積小、功耗小、性?xún)r(jià)比高;5〕編程簡(jiǎn)單、容易掌握;6〕設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短??删幊炭刂破鞯拈_(kāi)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō),這個(gè)時(shí)期開(kāi)展了大型機(jī)和超小型機(jī);從控制能力上來(lái)說(shuō),誕生了各種各樣的特殊功能單元,用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合;從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō),生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元,使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前,可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的開(kāi)展。通過(guò)以上幾種控制方案的比較,選用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合過(guò)程的控制。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體結(jié)構(gòu)從圖中可知設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成三種液體的自動(dòng)混合攪拌并控制溫度,如圖1所示。完成此控制功能需要的元件有:液位傳感器L1、L2和L3,Y1,Y2,Y3,Y4為電磁閥,M為攪拌機(jī),T為溫度傳感器,H為加熱器,另外還有控制電磁器和電動(dòng)機(jī)的1個(gè)交流接觸器KM。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制,可以通過(guò)引線(xiàn)與相應(yīng)的控制系統(tǒng)連接從而到達(dá)控制效果?;旌弦后w罐示意圖如圖1所示:(1)初始狀態(tài)容器是空的,各電磁閥門(mén)均關(guān)閉(Y1=Y2=Y3=Y4=OFF),液體傳感器無(wú)液時(shí)為斷開(kāi)(L1=L2=L3=OFF),電動(dòng)M=OFF,加熱電爐H=OFF,溫度傳感器T=OFF。(2)啟動(dòng)操作按下啟動(dòng)按鈕,裝置開(kāi)始按以下規(guī)律動(dòng)作。1)Y1=Y2=ON,液體A和B同時(shí)注入容器。當(dāng)液面到達(dá)L2是,L2=ON,使Y1=Y2=ON,即關(guān)閉Y1和Y2閥門(mén),翻開(kāi)液體C的閥門(mén)Y3。2)液面到達(dá)L1時(shí),Y3=OFF,M=ON,即關(guān)閉閥門(mén)Y3,攪拌機(jī)M啟動(dòng),開(kāi)始攪拌。圖1液體混合3)經(jīng)過(guò)10s后攪拌均勻后,M=OFF,停止攪拌,H=ON,加熱器開(kāi)始加熱。4)當(dāng)混合液體溫度到達(dá)指定什時(shí),T=ON,H=OFF,停止加熱,使電磁閥Y4=ON,開(kāi)始放出混合液體。5)液面低于L3時(shí),L3從ON到OFF,再經(jīng)過(guò)5s,容器放空,使Y4=OFF,開(kāi)始下一周期。(3)停止操作任何時(shí)候按下停止按鈕后,要將當(dāng)前容器中的混合工處理完后,才能停止操作,即停在初始狀態(tài)上。3.2液位傳感器的選擇本設(shè)計(jì)中選用LSF-2.5型傳感器光電式液位傳感器利用了光的反射與折射原理制成,使輸出發(fā)生變化,相應(yīng)的晶體管或繼電器動(dòng)作并輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量。其檢測(cè)精度與被測(cè)液體的密度、壓力大小及導(dǎo)電性無(wú)關(guān),無(wú)機(jī)械傳動(dòng)、無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、無(wú)需任何附加聯(lián)動(dòng)裝置,操作十分簡(jiǎn)便,使用壽命較長(zhǎng)。

廣泛用于水廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、玻璃廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)、高樓供水系統(tǒng)、水庫(kù)、河道、海洋等對(duì)供水池、配水池、水處理池、水井、水罐、水箱、油井、油罐、油池及對(duì)各種液體靜態(tài)、動(dòng)態(tài)液位的測(cè)量和控制。光電式液位傳感器結(jié)構(gòu)及原理光電式液位傳感器結(jié)構(gòu)主要有5個(gè)局部:接觸被測(cè)介質(zhì)的探頭局部(導(dǎo)光罩)、紅外收發(fā)組件、信號(hào)調(diào)理電路局部、外殼結(jié)構(gòu)局部和信號(hào)引出線(xiàn)局部。圖2光電式傳感器結(jié)構(gòu)其工作原理為:光發(fā)射器發(fā)射的紅外波在導(dǎo)光罩內(nèi)傳播;當(dāng)無(wú)液體介質(zhì)時(shí),光經(jīng)反射大局部集中在接收器上,當(dāng)有液體介質(zhì)時(shí),光在反射時(shí),局部光被折射出去,接收器上的光強(qiáng)變?nèi)?,通過(guò)光在接收器上的強(qiáng)弱變化,可感知液體界位。圖2為光電式液位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。相關(guān)元件主要參數(shù)如下:(1)量程范圍:0~200m;(2)過(guò)載壓力:2.5MPa;(3)供電電壓:24V;(4)精確度:±0.2%F.S;(5)長(zhǎng)期穩(wěn)定性:0.2%F.S;(6)響應(yīng)時(shí)間:≤1ms;(7)壽命:>1X10壓力循環(huán);(8)防爆等級(jí):ExiaIICT6;(9)防護(hù)等級(jí):IP67。光電傳感器有四根接線(xiàn),其中有兩條是電源線(xiàn),其它兩條信號(hào)線(xiàn)與PLC接線(xiàn)圖如下:圖3光電傳感器與PLC接線(xiàn)3.3溫度傳感器的選擇在本設(shè)計(jì)中采用KTY81-201型傳感器KTY系列溫度傳感器采用進(jìn)口Philips硅電阻元件精心制作而成,具有精度高,穩(wěn)定性好,可靠性強(qiáng),產(chǎn)品壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),該溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于電機(jī)變頻調(diào)速溫度控制,太陽(yáng)能熱水器溫度測(cè)量領(lǐng)域彩印設(shè)備溫控,汽車(chē)油溫測(cè)量、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)中過(guò)熱保護(hù)、加熱控制系統(tǒng)、電源供電保護(hù)等。KTY系列溫度傳感器屬于集成溫度傳感器,按輸出信號(hào)形式分為電流型、電壓型和頻率型。它們的突出優(yōu)點(diǎn)是在其適用溫區(qū)范圍內(nèi)具有靈敏度高、線(xiàn)性好、功能全和使用簡(jiǎn)單方便。無(wú)論電壓輸出、電流輸出還是頻率輸出都適合于與微機(jī)直接接口。圖4溫度傳感器電路圖利用硅集成電路工藝技術(shù)可以將感溫電路、信號(hào)放大電路、電源電路、補(bǔ)償電路等制作在一塊芯片上,構(gòu)成單片式硅集成溫度傳感器。集成溫度傳感器的根本感溫電路如圖4所示它們是一對(duì)匹配的晶體管,使之分別工作在不同的電流密度之下,當(dāng)I1、I2為恒流時(shí),兩晶體管的Ube之差△Ube與T成線(xiàn)性變化。采用這種根本感溫電路,可以設(shè)計(jì)出各種不同的電路形式和不同輸出類(lèi)型的集成溫度傳感器。在使用時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)其上限溫度、下限溫度在所要求的溫度范圍內(nèi),當(dāng)混合液體溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí),溫度傳感器向外輸出信號(hào),供PLC使用。與PLC生產(chǎn)線(xiàn)圖如下:圖5溫度傳感器與PLC接線(xiàn)傳感器與PLC的連接,兩個(gè)端子接直流電源的正極和負(fù)極,另一個(gè)端子是傳感器的輸出端。傳感器未動(dòng)作時(shí),輸出電流近似為為0。傳感器動(dòng)作時(shí),輸出晶體管飽和導(dǎo)通,管壓降近似為0,傳感器的輸出晶體管相當(dāng)于一個(gè)觸點(diǎn)。相關(guān)元件主要參數(shù)如下:測(cè)量溫度范圍為-50~150oC;溫度系數(shù)為T(mén)C0.79%/K;精度等級(jí)0.5%;探頭保護(hù)直徑Φ6:公稱(chēng)壓力1.6MPa;穩(wěn)定性:年變化率<=0.01oC;開(kāi)關(guān)電壓:DC24V;德式球型接線(xiàn)盒出線(xiàn)或硅膠電纜直接出線(xiàn),便于與其它電器設(shè)備連接。3.4攪拌電機(jī)的選擇3.4.1電動(dòng)機(jī)主電路圖6電動(dòng)機(jī)主電路3.4.2計(jì)算攪拌器的理論功率在本實(shí)驗(yàn)中采用六片平直葉渦輪式無(wú)擋板攪拌裝置,其槳徑d=0.1m,轉(zhuǎn)速n=16r/s,液位粘度=0.08N﹒s/㎡,密度=900kg/m。計(jì)算:從-Re曲線(xiàn)查得=3.4(為功率因數(shù))由公式(g=9.81N/kg)式中查值表,得=1.0,=40,=3.2553得=-2.75/40=-0.05638=256x0.1/9.8=2.610=2.610=0.9479得N=2.2x900x4096x0.00001x0.9794=76.88W3.4.3選用電動(dòng)機(jī)根據(jù)其功率選取YZ90L-4型電動(dòng)電動(dòng)機(jī)。Y—異步電動(dòng)機(jī),90—中心高(mm),4—極數(shù)此電動(dòng)機(jī)的主要性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、維修方便,為B級(jí)絕緣。結(jié)構(gòu)為全封閉、自扇冷式,能防止灰塵、鐵屑,雜物侵入電機(jī)內(nèi)部,冷卻方式為IC411。工作條件:(1)海拔不超過(guò)1000m;(2)溫度不超過(guò)40C,最低溫度為-15C軸承允許溫度(溫度計(jì)法)不超過(guò)95oC;(3)最濕月月平均最高相對(duì)濕度為90%,同時(shí)該月月平均最低溫度不超過(guò)25C;(4)額定電壓為380V,額定頻率為50Hz;(5)3kW以下為Y接法。相關(guān)技術(shù)參數(shù)為:(1)額定功率:1.5kW;(2)額定電流:3.7A;(3)轉(zhuǎn)速1400r/min;(4)振動(dòng)速度:1.8mm/s,(5)轉(zhuǎn)速慣量0.0027kg·m(6)重量26kg。3.5電磁閥的選擇選用電磁閥的條件:介質(zhì)溫度:>80度工作壓差:>0.4Mpa工作介質(zhì):具有腐蝕性動(dòng)作頻率:要求不高介質(zhì)清潔度:當(dāng)介質(zhì)清潔度不高時(shí),在電磁閥配裝反沖過(guò)濾網(wǎng),本設(shè)計(jì)中壓力較低可用直動(dòng)膜片式。根據(jù)以上條件選用耐高度,塑料王或全不銹鋼先導(dǎo)式直動(dòng)電磁閥,電源種類(lèi)為交流,電源電壓220V,電源電壓波動(dòng)范圍可以滿(mǎn)足要求不需要考慮穩(wěn)壓措施,在本設(shè)計(jì)中采用以下電磁閥。入罐液體選用VF31-30-AC220V-W型電磁閥圖7電磁閥30為順序號(hào)相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù):標(biāo)準(zhǔn)電壓:AC110V;線(xiàn)圖及位置數(shù):?jiǎn)晤^雙位置;接線(xiàn)形式:引線(xiàn)式;動(dòng)作方式:內(nèi)部先導(dǎo)式;使用壓力:0.15~0.8MPa;電壓范圍:±10%;絕緣性及防護(hù)等級(jí):F級(jí)IP65;最高動(dòng)作頻率:每秒五次;最短勵(lì)磁時(shí)間:0.05秒。對(duì)于其通徑寬度可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為圖:圖8二位三通電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2)出罐液體選用VF31-50-AC220V-W型電磁閥3.6接觸器的選用選用條件:〔1〕電源種類(lèi):交流;〔2〕主觸點(diǎn)額定電壓:380V額定電流可由公式求得:;式中K為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),一般取1~1.4,本設(shè)計(jì)中取1;電動(dòng)機(jī)機(jī)率(kw),本設(shè)計(jì)為1.5kw;接觸器主觸點(diǎn)電流;電動(dòng)機(jī)額定線(xiàn)電壓;代入相關(guān)數(shù)據(jù),得〔4〕電磁線(xiàn)圈電源種類(lèi):交流;頻率:50HZ;額定電壓:220V。選用CJ10-5型交流接觸器,主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)的額定都為5A,線(xiàn)圈電壓220V。3.7熱繼電器的選擇熱電器元件的額定電流:為電動(dòng)機(jī)額定電流,本設(shè)計(jì)中為3.7A;代入相關(guān)數(shù)字得,=3.52~3.89A,取3.9A選用JB16B—20/3型熱繼電器相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)額定電流為20A;(2)熱元件額定電流5A;(3)電流調(diào)節(jié)范圍:3.5~5.0A;(4)在本設(shè)計(jì)中將其調(diào)為3.9A。3.8熔斷器的選擇選擇熔器的條件:〔1〕種類(lèi):螺旋式;〔2〕額定電壓:380V;〔3〕熔體額定電流=(1.5~2.5)Ied為電動(dòng)機(jī)額定電流,本設(shè)計(jì)中取3.7A。代入以上式子中,得=5.55~9.25A,取10A?!?〕熔體額定電流:選用15A。在本設(shè)計(jì)中選用RL1-15型熔斷器,額定電流10A。正常工作條件:〔1〕周?chē)諝鉁囟炔怀^(guò)40℃,24h測(cè)得的平均值不超過(guò)35℃,一年內(nèi)測(cè)得的平均值低于該值。周?chē)諝鉁囟茸畹椭禐?5℃;

〔2〕海拔:安裝地點(diǎn)的海拔不超過(guò)2000m;

〔3〕大氣條件:空氣是干凈的,它的相對(duì)濕度在最高溫度為40℃時(shí)不超過(guò)50%;在較低溫度下可以有較高的相對(duì)濕度,例如,在20℃下,相對(duì)濕度可達(dá)90%;在這些條件下,由于溫度變化,中等的凝露可能偶然發(fā)生。

注:假設(shè)熔斷器在不同于1,2和3規(guī)定條件下使用,尤其是在無(wú)防護(hù)的戶(hù)外條件使用,應(yīng)與制造廠(chǎng)協(xié)商。

假設(shè)熔斷器用在有煙霧或不正常的工業(yè)沉積物的場(chǎng)所,亦應(yīng)與制造廠(chǎng)協(xié)商。

〔4〕電壓

系統(tǒng)電壓的最大值不超過(guò)熔斷器額定電壓的110%;

注:應(yīng)注意到假設(shè)熔斷體在大大低于額定電壓下熔斷,熔斷指示器或熔斷撞擊器可能不動(dòng)作。3.9PLC的選擇在本設(shè)計(jì)中輸入裝置有:三個(gè)液位傳感器,一個(gè)溫度傳感器,一個(gè)啟動(dòng)按鈕,一個(gè)停止按鈕和熱繼電器的輔助觸點(diǎn),共計(jì)七個(gè)輸入觸點(diǎn)。輸出裝置有:一個(gè)報(bào)警燈,四個(gè)電磁閥,一個(gè)攪拌電動(dòng)機(jī)觸點(diǎn),一個(gè)加熱器觸點(diǎn)和熱電器線(xiàn)圈觸點(diǎn),共計(jì)八個(gè)輸出觸點(diǎn)。選用日本松下的AFP12417型PLC,采用模塊式,輸入電壓DC24V,開(kāi)關(guān)量輸出模塊為繼電器型,輸出電壓AC220V,可直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件??紤]到以后控制內(nèi)容及方案的改變,可根據(jù)自己的需要,將PLC的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)增加擴(kuò)展接口,同時(shí)要選用較大的內(nèi)存〔本設(shè)計(jì)中所有程序?yàn)?.41K〕,一般要留有10%的裕量。在本設(shè)計(jì)中選用輸入14點(diǎn),輸出16點(diǎn),內(nèi)存5.0K。3.10PLC輸入輸出口的分配表1輸入/輸出地址分配表輸入口相應(yīng)元器件輸出口相應(yīng)元器件X0SB0啟動(dòng)按鈕Y0報(bào)警燈HLX1L1液位傳感器Y1電磁閥Y1X2L2液位傳感器Y2電磁閥Y2X3L3液位傳感器Y3電磁閥Y3X4T溫度傳感器Y4電磁閥Y4X5SB1停止按鈕Y5攪拌機(jī)M接觸器X6FR常閉觸點(diǎn)Y6加熱器H接觸器Y7熱繼電器FR3.11液體混合裝置輸入/輸出裝置接線(xiàn)圖圖9輸入輸出接線(xiàn)圖4軟件電路設(shè)計(jì)4.1程序框圖液體控制過(guò)程如下:〔1〕兩種液體的進(jìn)入當(dāng)PLC接通電源后,按下啟動(dòng)按鈕SB0后,觸點(diǎn)X0接通,由于有微分指令DF,使該路只接通一掃描周期,通過(guò)保護(hù)指令KP使Y1、Y2輸出繼電器線(xiàn)圈得電并保持,分別與之相相接的Y1、Y2電磁閥帶電接通,流進(jìn)兩種不同的液體?!?〕第三種液體的進(jìn)入當(dāng)液體到達(dá)L2液位傳感器的位置時(shí),X2輸入繼電器接通使Y1、Y2關(guān)閉,同時(shí)地址為16的X2接通,利用KP指令使輸出繼電器Y3接通并保持,與之相連的Y3電磁閥得電接通,第三種液體流進(jìn)液罐?!?〕攪拌機(jī)工作當(dāng)液位到達(dá)L1液位傳感器的位置時(shí),該傳感器檢測(cè)到該信息,使X1輸入繼電器線(xiàn)圈得電,在梯形圖中它的X1常用觸點(diǎn)接通,通過(guò)KP介紹信復(fù)位端,使輸出繼電器X3閉合,與之相連的電磁閥關(guān)閉,同時(shí)接通地址為32的X1常開(kāi)觸點(diǎn),使代表攪拌機(jī)Y5的輸出繼電器接通?!?〕加熱器工作攪拌機(jī)通過(guò)Y5的輸出信號(hào)得電并開(kāi)始攪拌,并用TMY0定時(shí)器定時(shí),定時(shí)時(shí)間為10S,10S后,地址為45的定時(shí)器觸點(diǎn)T0接通,使Y6輸出繼電器得電,與之相連的加熱器H這里接通,開(kāi)始加熱液體,同時(shí)關(guān)閉Y5使攪拌機(jī)M停止。〔5〕混合液體開(kāi)始排出當(dāng)液體溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí),溫度傳感器檢測(cè)到該信號(hào),同時(shí)梯形圖中地址為47的X4接通使Y6失電,從而使加熱器H關(guān)閉,同時(shí)接通地址為51的X4常開(kāi)觸點(diǎn),命名X4接通,與相連的Y4電磁閥翻開(kāi),捐出攪拌均勻后的混合液體?!?〕混合液體熱排完當(dāng)液位低于L3液位傳感器的位置時(shí),L3液位傳感器由能到斷,使X3也由通到斷,這樣相當(dāng)于一個(gè)下降沿,驅(qū)使DF產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖,通過(guò)KP指令置位端使輔助繼電器R0接通,接通后使定時(shí)器YMY1定時(shí),大約5S時(shí)間,液體排完。(7)重復(fù)液體混合過(guò)程重復(fù)液體混合過(guò)程是對(duì)通過(guò)并聯(lián)在梯形圖地址為2位置上的定時(shí)器TMY1常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)T1常開(kāi)觸點(diǎn)也接通,通過(guò)保持指令KP使RO復(fù)位,定時(shí)器關(guān)閉。根據(jù)液體混合過(guò)程繪制程序框圖如圖10所示。Y1、Y2開(kāi),進(jìn)液體A、B啟動(dòng)Y1、Y2開(kāi),進(jìn)液體A、B啟動(dòng)到L2,Y1、Y2關(guān),Y3開(kāi),進(jìn)液體C到L2,Y1、Y2關(guān),Y3開(kāi),進(jìn)液體C按停止按鈕?到L1,Y3關(guān),Y5開(kāi),即開(kāi)始攪拌結(jié)束到預(yù)定溫度時(shí),Y6關(guān),Y4開(kāi),即排出混合液體按停止按鈕?到L1,Y3關(guān),Y5開(kāi),即開(kāi)始攪拌結(jié)束到預(yù)定溫度時(shí),Y6關(guān),Y4開(kāi),即排出混合液體當(dāng)液體低于L3時(shí),L3由通到斷TMY1定時(shí),5S后,Y4圖10程序框圖4.2控制程序梯形圖根據(jù)液體混合過(guò)程,以及PLC梯形圖的特點(diǎn),編寫(xiě)PLC及語(yǔ)句表如下:4.3語(yǔ)句表0STX01DF2ORT13STX24DF/5ORT16KPY17STX08DF9ORT110STX511ORX212KP13KPY214STX215DF16STX117ORX516STX118DF/19KPY320STX121DF22STX523DF/24ORTO25KPY526STY527TMY0K1031STTO32STX433ORX534KPY635STX436DF37STX538DF39ORT140KPY441STX342DF/43STT144DPRO45STRO46TMY1K550ED5系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及維護(hù)為了延長(zhǎng)PLC控制系統(tǒng)的壽命,確保整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行,需要對(duì)PLC控制系統(tǒng)中以及在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的故障,比方設(shè)備損耗,元器件老化等問(wèn)題有一個(gè)清晰的判斷,以便在故障發(fā)生前采用必要的措施防止故障發(fā)生或在出現(xiàn)故障后能夠很快的排除。5.1系統(tǒng)故障的概念為了使PLC控制系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)可以正常的運(yùn)行,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障,設(shè)備損耗、電子元器件等可能出現(xiàn)的問(wèn)題有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí),以便在沒(méi)有發(fā)生故障以前采取必要的措施防止故障的發(fā)生,或者當(dāng)故障發(fā)生以后能夠很快的判斷出故障點(diǎn),盡快維修,以免影響生產(chǎn)。5.2系統(tǒng)故障分析及處理系統(tǒng)故障是指在整個(gè)控制系統(tǒng)中,包括PLC控制系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備和電子元器件等一切相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障或者失效的總和。PLC控制局部,主要包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展局部、輸入/輸出局部以及相應(yīng)的控制程序和一些外部設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括各種傳感器、電磁閥、接觸器、閥門(mén)、線(xiàn)路、電動(dòng)機(jī)等。5.2.1PLC故障分析下面是PLC系統(tǒng)故障分布圖圖11故障分布圖由上圖可知PLC的常見(jiàn)故障為:(1)在電子控制系統(tǒng)內(nèi)部只有少量故障出現(xiàn)約占裝置總故障的%5,這些故障包括1〕CPU故障約占內(nèi)部故障的30%,出現(xiàn)在處理器和貯存器、總線(xiàn)系統(tǒng)、通訊模塊和電源模塊四方面,機(jī)率均等;2〕輸入/輸出模塊故障約占內(nèi)部故障70%。(2)大量故障(約占裝置總故障的%95)是發(fā)生在傳感器,驅(qū)動(dòng)器等控制執(zhí)行器上以及連接控制執(zhí)行器件的電纜方面。5.2.2PLC控制系統(tǒng)故障分布和分層排除PLC控制系統(tǒng)大多數(shù)故障95%在外設(shè),僅有5%發(fā)生在PLC本身,故維修系統(tǒng)的注意力應(yīng)該首先集中在外部設(shè)備。而在5%的PLC故障中,控制器內(nèi)的故障只占10%,90%發(fā)生在I/O模板中。

故障發(fā)生時(shí),首先定位故障發(fā)生在PLC內(nèi)部還是外部〔第一層〕;是在I/O回路還是在控制器內(nèi)部〔第二層〕;是PLC硬件故障還是軟件故障〔第三層〕。

(1)利用PLC輸入、輸出指示燈判斷第一層故障

指示燈亮與否是一個(gè)有效而又直觀的檢查和發(fā)現(xiàn)故障的手段。

外設(shè)故障一般發(fā)生在繼電器、接觸器;閥門(mén)、閘板;開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、平安保護(hù)、就地和遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);接線(xiàn)盒、接線(xiàn)端子、螺栓螺母處;傳感器、儀表;電源、地線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的噪音等等,排除比較容易。

PLC本身故障原因一般有1〕輸入模塊故障;2〕電源〔內(nèi)部〕電壓不正常,但電壓不正常不一定都是電源電路有問(wèn)題,有時(shí)由于內(nèi)部短路,輸出自我保護(hù);3〕控制器內(nèi)其他電路;4〕控制器局部。

(2)利用上位監(jiān)控系統(tǒng)〔monitor〕功能判斷第二層故障

利用上位監(jiān)控機(jī)在線(xiàn)監(jiān)控狀態(tài),通過(guò)梯形圖進(jìn)行監(jiān)控,如軟觸點(diǎn)顯示不同的顏色代表不同的狀態(tài)。查找輸入元件X0,假設(shè)為ON說(shuō)明輸入信號(hào)已送入第二層控制器,然后查找輸出元件YO,假設(shè)其狀態(tài)為ON說(shuō)明輸出信號(hào)已在控制器內(nèi)的存放器中形成。如果輸入輸出的某端口壞了,可以利用冗余端口,將程序稍作改動(dòng),就可以恢復(fù)正常運(yùn)行。

(3)通過(guò)故障現(xiàn)象分析診斷PLC第三層故障

控制器內(nèi)部電路實(shí)際上是一個(gè)單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)。假設(shè)應(yīng)用程序有誤〔如刪改〕可以重新輸入備份程序。假設(shè)不正常,可以編制一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)程序插入原程序之前,單獨(dú)運(yùn)行。如果所有分路都有故障,那么故障可能在編碼控制單元,應(yīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路及元件,必要時(shí)替換之;如果僅僅是某一組分路都有故障,那么可能是某一塊鎖存器芯片已損壞,更換之。判斷控制器內(nèi)CPU是否出現(xiàn)故障,可以將CPU主板中鋰電池取出,用短接線(xiàn)在CPU與電池正、負(fù)極連接處短接放電,從而用戶(hù)程序消失,然后再接好鋰電池,再通過(guò)編程器,將一個(gè)僅有一個(gè)語(yǔ)句的用戶(hù)軟件傳輸?shù)紺PU,這個(gè)程序僅有一個(gè),“END〞語(yǔ)句。斷開(kāi)所有的外部I/O控制與掃描、通信等,對(duì)CPU進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng),如果冷態(tài)啟動(dòng)仍然失敗,只能說(shuō)明包括CPU在內(nèi)的主機(jī)箱系統(tǒng)的硬件需要再檢查。當(dāng)冷態(tài)啟動(dòng)正常時(shí),說(shuō)明主機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有故障。這時(shí)可以通過(guò)編程器或上位機(jī)重新下載用戶(hù)程序,再將硬件和軟件一點(diǎn)點(diǎn)地或分片與分區(qū)地投入,去尋找故障點(diǎn)。

總之,當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,首先定位故障點(diǎn),然后借助測(cè)試工具加上邏輯推理逐層分析,最終把故障排除。5.3系統(tǒng)抗干擾性的分析與維護(hù)PLC是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備。其制造商采取了一些措施,使得它的可靠性較高,但還有許多外部因素也會(huì)使它產(chǎn)生干擾,造成程序誤變或運(yùn)算錯(cuò)誤,從而產(chǎn)生誤輸入井引起誤輸出,這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作。因此在設(shè)計(jì)時(shí),我們就采用必要的抗干擾措施提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家用提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視,多方配合才能完善解決問(wèn)題,有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。干擾源及一般分類(lèi)影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源,即干擾源。PLC系統(tǒng)中干擾的主要來(lái)源及途徑對(duì)于PLC系統(tǒng)其干擾的主要來(lái)源而言途徑為以下幾種:〔1〕來(lái)自空間的輻射干擾空間的輻射電磁場(chǎng)〔EMI〕主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電播送、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的,通常稱(chēng)為輻射干擾,其分布極為復(fù)雜。

〔2〕來(lái)自系統(tǒng)外引線(xiàn)的干擾主要通過(guò)電源和信號(hào)線(xiàn)引入,通常稱(chēng)為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。

〔3〕來(lái)自電源的干擾PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線(xiàn)路上感應(yīng)電壓和電路。

〔4〕來(lái)自信號(hào)線(xiàn)引入的干擾與PLC控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線(xiàn),除了傳輸有效的各類(lèi)信息之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被無(wú)視;二是信號(hào)線(xiàn)受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線(xiàn)上的外部感應(yīng)干擾,這是很?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。

〔5〕來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性〔EMC〕的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使PLC系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。

〔6〕來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠(chǎng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容,比較復(fù)雜,作為應(yīng)用部門(mén)是無(wú)法改變,可不必過(guò)多考慮,但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)。5.3.3主要抗干擾措施在PLC系統(tǒng)中主要的抗干擾措施有以下:(1)采用性能優(yōu)良的電源,抑制電網(wǎng)引入的干擾在PLC控制系統(tǒng)中,電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC系統(tǒng)的供電電源〔如CPU電源、I/O電源等〕、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的?,F(xiàn)在,對(duì)于PLC系統(tǒng)供電的電源,一般都采用隔離性能較好電源,而對(duì)于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源,并沒(méi)受到足夠的重視,雖然采取了一定的隔離措施,但普遍還不夠,主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大,抑制干擾能力差,經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以,對(duì)于變送器和共用信號(hào)儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大〔如采用屢次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)〕的配電器,以減少PLC系統(tǒng)的干擾。

此外,位保證電網(wǎng)饋點(diǎn)不中斷,可采用在線(xiàn)式不間斷供電電源〔UPS〕供電,提高供電的平安可靠性,并且UPS還具有較強(qiáng)的干擾隔離性能,是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。(2)電纜選擇的敖設(shè)為了減少動(dòng)力電纜輻射電磁干擾,尤其是變頻裝置饋電電纜。不同類(lèi)型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸,信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類(lèi)分層敖設(shè)。嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線(xiàn)同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào),防止信號(hào)線(xiàn)與動(dòng)力電纜靠近平行敖設(shè),以減少電磁干擾。

(3)硬件濾涉及軟件抗如果措施由于電磁干擾的復(fù)雜性,要根本消除迎接干擾影響是不可能的,因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí),還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施:數(shù)字濾波和工頻整形采樣,可有效消除周期性干擾;定時(shí)校正參考點(diǎn)電位,并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn),可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術(shù),設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位;采用間接跳轉(zhuǎn),設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

信號(hào)在接入計(jì)算機(jī)前,在信號(hào)線(xiàn)與地間并接電容,以減少共模干擾;在信號(hào)兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。

由干工業(yè)環(huán)境惡劣,干擾信號(hào)較多,I/O信號(hào)傳送距離較長(zhǎng),常常會(huì)使傳送的信號(hào)有誤。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,使PLC在信號(hào)出錯(cuò)倩況下能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,并能排除錯(cuò)誤的影響繼續(xù)工作,在程序編制中可采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。

(4)正確選擇接地點(diǎn),完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè),其一為了平安,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

系統(tǒng)接地方式有:浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言,它屬高速低電平控制裝置,應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響,裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低1MHz,所以PLC控制系統(tǒng)接地線(xiàn)采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式,各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線(xiàn)引向接地極。如果裝置間距較大,應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線(xiàn)〔或絕緣電纜〕連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn),然后將接地母線(xiàn)直接連接接地極。接地線(xiàn)采用截面大于22mm2的銅導(dǎo)線(xiàn),總母線(xiàn)使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω,接地極最好埋

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