維修電工技師論文PLC.

1、提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性研究單位 ：京博農(nóng)化科技股份有限公司作者： 許學(xué)軍日期：2014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)化科技股份有限公司作者：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(shí)間已達(dá) 30 萬小時(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、

2、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(gè)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。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(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1PLCPLC51.1.51.2.51.3.51.4PLC I/O.61.5I/O .6 PLC .72.1.72.2. 82.3.82.4.9.9

3、前言可編程序控制器（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(shí)間一般已可達(dá)3 萬5 萬小時(shí)：而三菱的 F 系統(tǒng)，據(jù)稱其平均無故障時(shí)間已達(dá)30 萬小時(shí)。所以，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC

4、 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考慮，如果能編制出一個(gè)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。第一章從 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(shí)，會(huì)使控制系統(tǒng)的可靠性受到影響。11 工作環(huán)境的要求一般 P

5、LC 工作的環(huán)境溫度應(yīng)在 00 C-550C 的范圍，并要避免太陽光直接照射；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(dòng)的場所；對振動(dòng)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(shí)，應(yīng)將 PLC 封閉安裝 .。1.2 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(qiáng)、而對 PLC 可靠性要求以較高的場合， PLC 的供電應(yīng)與動(dòng)力供電和控制電路供電分開

6、，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PLC外設(shè)備PLC外設(shè)備PLC外設(shè)備(a)專用接地（ b）共用接地（c）共通接地

7、圖 1接地方法（2）PLC 的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長，一般不大于 30m；在線路距離較長時(shí)， 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(shí)， 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(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)

8、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

9、開路，輸出都安全狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。X001X001X002X002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(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

10、大于電源電壓的 3 倍 。PPLLCC(a)交流輸入方式(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(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.PPLLcc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

11、可靠性因素（1）下圖為 PLC 接線圖：PLC圖 7 PLC 接線圖X0 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， 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

12、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 的軟件程序來慮提高控制系統(tǒng)的可靠性2.1 運(yùn)行狀況超時(shí)檢測為了提高 PLC 控制系統(tǒng)工作的可靠性 ,可以專門

13、設(shè)置一個(gè)定時(shí)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(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)就無法清零 ,此時(shí) PLC 發(fā)出報(bào)警信號 .在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí) ,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(shí) ,編制程序時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器來對這一對象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 ,該定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間即為這一對象工作所需的最大時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)該對象運(yùn)行時(shí)，同時(shí)也啟動(dòng)該定時(shí)器， 若該對象的運(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，使該定時(shí)器清零， 說明這一對象的運(yùn)行程序正常，否則屬運(yùn)行

14、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 8 所示，圖中定時(shí)器 T1 為檢測元件，X001 為控制對象動(dòng)作信號，X002 為動(dòng)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(shí)器 K, 值可取 510（T1 為 100ms 定時(shí)器）。當(dāng) X001=1 時(shí)，被控對象運(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)出被控對象運(yùn)行完成的動(dòng)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。圖 8動(dòng)作

15、超時(shí)檢測程序2.2 邏輯錯(cuò)誤檢測在系統(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(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中先后有兩個(gè)限位開關(guān)對應(yīng)的 PLC 輸入地址分別為X001，X002，在兩個(gè)信號不會(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)對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)X001，X002 串聯(lián)，來驅(qū)動(dòng)一個(gè)表示限位開關(guān)故障的輔助繼電器 M0 ，當(dāng)

16、M0 為 NO 狀態(tài)時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)信號圖 9 邏輯錯(cuò)誤檢測程序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)器動(dòng)作，將常數(shù) 1 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 SU

17、B 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

18、，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； m8012 100ms 時(shí)鐘； m8013 1s 時(shí)鐘； m8014 1min 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. 降級操作設(shè)計(jì)降級操作是指在設(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