提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的探討

1、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化Electrica l Drive Automation 第22卷第5期2000年10月Vol.22,No.5Oct.,2000提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性的探討劉美俊(湘潭機(jī)電高等專科學(xué)校,湖南湘潭411101摘要:分析了影響PLC 控制系統(tǒng)可靠性的主要因素,并探討了提高控制系統(tǒng)可靠性的幾種主要措施,這些措施均具有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:PLC;可靠性;措施中圖分類號:TM571.6+.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:BInvesti g ation for im p rovin g the reliabilit y of PLC control s y stemLIU Mei_jun(Xian gta

2、n Institute of Machinery &Electricity,Xian gtan 411101,China Abstract:The reliability m ain factors of control system with PLC are analyzed and several main measurements to im prove system reliability are also investigated.These measurements are all practicable for kinds of control system s with

3、 PLC.Keywords:PLC;reliability;measurements1引言可編程序控制器(PLC作為新一代的工業(yè)控制器,因其具有通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。由于PLC 是專業(yè)為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置,因此一般不需要采取什么特殊措施,就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但如果環(huán)境過于惡劣,電磁干擾特別強(qiáng)烈,或安裝使用不當(dāng),都不能保證PLC 正常、安全可靠地運(yùn)行。因此,探討提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2影響PLC 控制系統(tǒng)可靠性的主要因素 由于PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到生產(chǎn)效率和安全,因而它總是在討論技

4、術(shù)要求時(shí)要考慮的第一個(gè)因素。PLC 控制系統(tǒng)的可靠性通常用平均故障間隔時(shí)間(Mean Time Between Failure,簡稱MTBF來衡量。它表示系統(tǒng)從發(fā)生故障進(jìn)行修理到下一次發(fā)生故障的時(shí)間間隔的平均值。在實(shí)際中往往從以下幾個(gè)方面來考慮: 對程序和數(shù)據(jù)的保護(hù); 對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的適用性; 故障安全原則,系統(tǒng)間原獨(dú)立性原則與冗余及容錯(cuò)結(jié)構(gòu); 運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性。3提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施在PLC 控制系統(tǒng)的開發(fā)過程中,對設(shè)法提高其可靠性的措施應(yīng)貫穿在系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)的始終,以下簡要介紹一般要采取的措施。3.1輸入與輸出端子的保護(hù)當(dāng)輸入信號源為感性元件,輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為感性元件

5、時(shí),對于直流電路應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管;對于交流電路,應(yīng)在它們兩端并聯(lián)阻容吸收電路。采取以上措施是為了防止在電感性輸入或輸出電路斷開時(shí),產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢或浪涌電流對PLC 輸入、輸出端點(diǎn)及內(nèi)部電源的沖擊。如圖1所示。文章編號:1005 7277(200005 0050 03(a直流輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)(b交流輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)圖1輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)2000年10月劉美俊提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的探討 51在圖1(a中,二極管的額定電流應(yīng)選為1A,額定電壓要大于電源電壓的3倍;在圖1(b中,取電容C為0.1 F/600V,電阻R為100 /(1/2W?；蛘呷‰娙軨為0.047 F/600V,電阻R

6、為22 /(1/2W。當(dāng)PLC的輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為電磁閥這類的元件時(shí),往往在輸出端與電磁閥之間增加固態(tài)繼電器(SSR進(jìn)行隔離,如圖2所示。3.2輸入與輸出信號的防錯(cuò)當(dāng)輸入信號源為晶體管,或是光電開關(guān)輸出類型時(shí),當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管,或是晶體管輸出,而外部負(fù)載又很小時(shí),會(huì)因?yàn)檫@類輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流,使輸入電路和外部負(fù)載電路不能關(guān)斷,導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯(cuò)誤。為此,應(yīng)在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻,以減小PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流,如圖3所示。圖3中旁路電阻可按式(1計(jì)算:R<U mI1-14I N(1式(1中:I1為輸入信號源或輸出晶閘管最大漏電流;U m為輸入信號電壓或

7、外部負(fù)載電壓的最大值;I N為輸入點(diǎn)或外部負(fù)載的額定電流。3.3聯(lián)鎖、互鎖功能的軟、硬件設(shè)置在系統(tǒng)功能表上,有時(shí)并不出現(xiàn)對聯(lián)鎖、互鎖功能的具體描述,但為了系統(tǒng)的可靠性,在硬件設(shè)計(jì)和編程過程中都必須注意考慮,并應(yīng)互相配合,有時(shí)還要 雙管齊下 。因?yàn)閱渭冊赑LC內(nèi)部邏輯上的聯(lián)鎖和互鎖,往往在外電路發(fā)生故障時(shí)就失去了作用。例如對電機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器的互鎖,僅在梯形圖中用軟件來實(shí)現(xiàn)(如把2個(gè)輸出點(diǎn)定義號的常閉觸點(diǎn)串在對方線圈的控制支路上是不夠的。因?yàn)閷Υ蠊β孰姍C(jī),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)因接觸器主觸點(diǎn) 燒死 而在線圈斷電后主電路的仍不斷開的故障,這時(shí),其輸出點(diǎn)的定義號是失電的,常閉觸點(diǎn)閉合,如給出反轉(zhuǎn)控制命令則反轉(zhuǎn)接

8、觸器就會(huì)通電而造成三相電源短路事故。解決這一問題的辦法是將這2個(gè)接觸器的常開(注意!不是常閉輔助觸點(diǎn)作為輸入點(diǎn)引入PLC輸入口(系統(tǒng)輸入點(diǎn)足夠,再在軟件中把這2個(gè)輸入點(diǎn)定義號以常閉方式串入對方的輸出點(diǎn)線圈中,同時(shí)用硬接線將這2個(gè)接觸器的常閉輔助點(diǎn)互相串接在對方的線圈控制回路中,實(shí)現(xiàn)硬件的互鎖,這樣就可起到較完善的保護(hù)作用,如圖4所示。在圖4的梯形圖中,還設(shè)置了 按鈕聯(lián)鎖 ,即將反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕控制的X401的常閉觸點(diǎn)與正轉(zhuǎn)輸出繼電路Y430的線圈串聯(lián),將正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕控制的X400的常閉觸點(diǎn)與控制反轉(zhuǎn)的Y431的線圈串聯(lián),以保證Y430、Y431不會(huì)同時(shí)為 1 狀態(tài)。這種 按鈕聯(lián)鎖 大大方便了操作,

9、例如,設(shè)Y430接通,電機(jī)正轉(zhuǎn),這時(shí)如想改為反轉(zhuǎn)運(yùn)行,可以不按停止按鈕SB3,直接按反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2,X401變?yōu)?1 狀態(tài)。它的常閉觸點(diǎn)斷開,使Y430線圈失電。同時(shí),它的常開觸點(diǎn)接通,使Y431接通,電機(jī)由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。3.4數(shù)據(jù)和程序的保護(hù)大部分PLC都采用鋰電池支持的RAM來存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序。這種電池是不可充電的,壽命一般為5年左右,一旦用完,應(yīng)用程序?qū)⑷縼G失。因此,較可靠的辦法是把調(diào)試成功的程序用ROM寫入器固化到EPROM/EEPROM中去。應(yīng)用程序的備份,如軟盤或EPROM/EEPROM等必須小必圖2輸出點(diǎn)增加SSR的保護(hù)圖3輸入輸出點(diǎn)的旁路電阻圖4 外部接線及梯形圖52

10、第22卷第5期 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化 征訂啟事電氣傳動(dòng)自動(dòng)化 是由國家科委批準(zhǔn)的國內(nèi)外公開發(fā)行的全國性主要技術(shù)刊物之一,主要登載電氣傳動(dòng)與自動(dòng)化領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)以及在各行各業(yè)中的最新應(yīng)用成果,報(bào)道電氣傳動(dòng)與自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展的動(dòng)態(tài)信息,電氣自動(dòng)化工作者的調(diào)試、維護(hù)與管理經(jīng)驗(yàn),反映電控系統(tǒng)裝置新產(chǎn)品等。主要讀者對象為工礦企業(yè)從事電氣工作的廣大科研與設(shè)計(jì)人員、技術(shù)管理人員、大專院校師生、電氣技術(shù)人員等。本刊已加入 中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版 和 中國期刊網(wǎng) ,由本刊編輯部享有版權(quán)。本刊稿件要求:符合本刊專業(yè)范圍,技術(shù)內(nèi)容新穎,有實(shí)用價(jià)值。論文按題名、作者、作者單位、摘要、關(guān)鍵詞(中英文對照、中

11、圖分類號、文獻(xiàn)標(biāo)識碼、正文及參考文獻(xiàn)(附參考文獻(xiàn)標(biāo)識碼的順序用計(jì)算機(jī)打印投稿并附軟盤。其中插圖的圖形符號應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)并用計(jì)算機(jī)繪制,圖文清晰。附寄主要作者的簡要介紹與1寸黑白免冠照片(限2人。請勿一稿多投。收稿后一個(gè)月內(nèi)通知作者稿件錄用與否。文章一經(jīng)刊登按規(guī)定即付稿酬。作者文責(zé)自負(fù)。本刊為雙月刊,國內(nèi)每期定價(jià)為4.00元,郵發(fā)代號為54 91,歡迎新老讀者到當(dāng)?shù)剜]局辦理訂閱手續(xù)。編輯部地址:甘肅省天水市長開路53號郵編:741018電話:(09388383492轉(zhuǎn)2302傳真:(09388384023圖5PLC 的接地方式保存。3.5安裝與布線的抗干擾措施PLC 電源、I/O 電源,一般都采

12、用帶屏蔽層的隔離變壓器供電,在有較強(qiáng)干擾源的環(huán)境中使用時(shí),或?qū)LC 工作的可靠性要求很高時(shí),應(yīng)將屏蔽層和PLC 浮地端子接地,接地線截面積不能小于2mm 2,保證接地電阻不大于100 。接地線要采取獨(dú)立接地方式,不能用與其他設(shè)備串聯(lián)接地的方式,如圖5所示。PLC 電源線、I/O 電源線、輸入、輸出信號線、交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線,而且后者應(yīng)采用屏蔽線,并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線,并且要將屏蔽層接地。4結(jié)束語提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施還有很多,本文僅對常用的保護(hù)措施進(jìn)行了探討。只要在實(shí)際開發(fā)過程中,充分考慮到對PLC 的各種不