維修電工高級(jí)技師論文

1、文檔編制序號(hào)：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(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

2、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5工作環(huán)境的要求5電源的要求5接地和接線 5降級(jí)操作設(shè)計(jì)6PLC 的 I/O 電.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.7運(yùn)行狀況超時(shí)檢測(cè)邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)8第三章

3、結(jié)束語(yǔ)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(guò)程相連接 的輸入輸岀接口，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(chē)、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)

4、備，比 如輸入器件中的行程開(kāi)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，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。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(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

5、通風(fēng)條件；空氣的 相對(duì)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(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。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)和輸入輸岀的供電方式等。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

6、流電源，應(yīng)了解它 所能提供的最大電流，防止過(guò)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(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(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng),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(kāi)設(shè)置。必要時(shí)可在現(xiàn)

7、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)。PLC的I/O電路(1)由于PLC是通過(guò)輸入電路接受開(kāi)關(guān)量I、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)影響到系統(tǒng)的可靠性?，F(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，

8、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)輸岀斷開(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。圖3起，?？刂凭€路圖2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(guò)

9、試驗(yàn)裝置的測(cè)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(shí)，一般選微乏+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.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+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

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(lái)慮提高控制系統(tǒng)的可靠性運(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)

11、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)岀一個(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)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 = l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，Ml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

12、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)。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(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 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(chē)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)θ藛T的傷害。此外，在設(shè)計(jì)中也可考慮從