維修電工高級技師論文

1、文檔編制序號：KKIDTLLE0828LLETD298POI08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(dá)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

2、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(jìn)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(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5工作環(huán)境的要求5電源的要求5接地和接線 5降級操作設(shè)計(jì)6PLC 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.7運(yùn)行狀況超時檢測邏輯錯誤檢測8第三章

3、結(jié)束語可編程序控制器（以下簡稱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 的輸入輸岀接口，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(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，平均無故障時間一般已 可達(dá)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(dá)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)

4、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(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，會使控 制系統(tǒng)的可靠性受到影響。1 . 1工作環(huán)境的要求般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在0°C-55°C的范圍.并要避免太陽光直接 照射；安裝時要遠(yuǎn)離的熱源，保證足夠大的散熱空間和

5、通風(fēng)條件；空氣的 相對濕度應(yīng)小于85%,不結(jié)露，以保證PLC的絕緣良好。PLC應(yīng)避免安裝 在有振動的場所；對振動源允許的條件則應(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?？諝庵杏蟹蹓m和有害氣體時，應(yīng)將PLC 封閉安裝。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)和輸入輸岀的供電方式等。對電磁干擾較強(qiáng)、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(jì)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

6、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。接地和接線(l) PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提，在設(shè)計(jì)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(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PL夂(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,般不大于30m；在線路距離較長時，可采用中間繼電器進(jìn)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)

7、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(diǎn)接地，接地點(diǎn)宜在控制器側(cè)。PLC的I/O電路(1)由于PLC是通過輸入電路接受開關(guān)量I、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(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)的選擇也會影響到系統(tǒng)的可靠性。現(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，

8、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)輸岀斷開為安全狀態(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，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。圖3起，?？刂凭€路圖2起，?？刂凭€路（2）在輸入端有感性負(fù)荷時，為了防止反沖感應(yīng)電勢損壞模塊，在負(fù)荷兩 端并接電容C和電阻R（交流輸入信號），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

9、試驗(yàn)裝置的測試，當(dāng)負(fù)荷容量在10VA以下，一般微乏+120歐 姆;負(fù)荷容量在10VA以上時，一般選微乏+47歐姆較適宜要采取直流輸入方 式時，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.輸入方式(b)直流輸入方式圖4輸入端有感性負(fù)荷時的方式(3) 在輸出端有感性負(fù)載時,通過試驗(yàn)得知，若是交流負(fù)載場合，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，CR浪涌吸收器為+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

10、電壓的 4倍.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)的可靠性運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測.若程序運(yùn)行能正常結(jié)束，則該定時器 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，該定時器在設(shè)定的時間內(nèi) 就無法清零，此時PLC發(fā)出報(bào)警信號.在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時，使用這種方法來實(shí) 現(xiàn)對系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控如果用PLC來控制某一對象時，編制程序時 可定義一個定時器來對這一對象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(yùn)行時，同時

11、也啟動該 定時器，若該對象的運(yùn)行程序在程序在規(guī)定的時間結(jié)束工作，發(fā)岀一個工 作完成信號，使該定時器清零，說明這一對象的運(yùn)行程序正常，否則屬運(yùn) 行不正常，發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)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(bào)警或停機(jī)信號。假設(shè)被控對象運(yùn)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 = l時，被控 對象運(yùn)行開始，T1開始計(jì)時，如在規(guī)定的時間內(nèi)被控對象的運(yùn)行程序能正 常結(jié)束，則X002動作，Ml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

12、控對象運(yùn)行完成的動作信號則判斷為故 障，T1的觸點(diǎn)閉合，接通M2發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)信號。邏輯錯誤檢測在系統(tǒng)正常運(yùn)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 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(jī)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(diǎn)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(bào)警信號或停機(jī)信號圖(8)邏輯錯誤檢測程序降級操作設(shè)計(jì)降級操作是指在設(shè)計(jì)時，將手動操作包括在內(nèi)的設(shè)計(jì)，例如，緊急停 車的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備的開停和再啟動功能的設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)中也可考慮從