吴文江(修改)维修电工技师论文

1、国家职业资格全国统一鉴定 维修电工 论文国家职业资格 二 级论文题目： PLC与外围设备组成的控制系统可靠性的研究 姓 名： 吴文江 身份证号： 准考证号： 所在省市： 甘肃省白银市 所在单位： 甘肃省白银市职业中等专业学校 ： 内容 摘 要PLC与外围设备组成的控制系统可靠性的研究单位：白银市职业中等专业学校 吴文江可编程序控制器是在程序逻辑控制器和微型计算机控制的根底上开展起来的微电脑技术和常用继电器常规控制概念相结合的产物，并已成为自动化生产线控制系统的根本控制装置。用PLC来控制自动化设备，其工作的可靠性和灵活性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。就三菱的F系列，数据说明其平均无故障时

2、间可达28万小时以上。那么，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，研究好外围设备的性能是研究提高PLC运行可靠的关键，比方输入设备中的行程开关、输出设备中的接触、继电器和电磁阀等。其次，从软件程序的编制来看，如果能够编制出一个带有监控的程序，也能很好的提高系统的可靠性。下面就是如何提高PLC控制系统可靠性的一些探讨。简述了影响PLC控制系统可靠性的几个主要因素，就可编程序控制器的工作环境及条件、电源稳定性的要求、接地要求和连接线的方式要求、降级操作系统设计以及控制系统的输入器件和输出器件与PLC的编程软件等众多方面，通过实践提出了一些提高PLC控制系统的可靠性可行的方法和措施

3、。关键词：可编程序控制器PLC；外围设备输入设备和输出设备；软件程序；可靠性。目 录内容摘要-1目录-2前言-3第1章 从外围设备来考虑如何提高PL控制系统的可靠性-41-1 工作环境要求-41-2 电源要求-41-3 接地及接地线-41-4 降级操作设计方案-51-5 PLC-I/O电路-5第2章 从软件程序来考虑如何提高PLC控制系统的可靠性-72-1运行状态超时检测-82-2逻辑错误检测与报告-9第3章 结束语-10参考文献-11 前 言可编程序逻辑控制器简称PLC是在程序控制器和微型计算机的根底上开展起来的微机技术与继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC是一种计算机系统，比

4、一般计算机具有更强的实用性，与工业过程相连接的输入输出接口，已成为自动化控制系统的根本装置。PLC已经广泛应用于汽车、化工、机械、冶金、轻工等行业中，已经根本取代了传统的继电器和接触控制方式。用PLC来控制电器运行设备，其工作的可靠性要比以往单纯的用继电器和接触器控制方式大大提高。就可编程控制器本身而言，平均无故障时间已可达3.2万5.5万小时：就三菱的F系统，数据显示其平均无故障时间已达28万小时以上。PLC控制自动化生产线的可靠性，主要取决于PLC的输入和输出设备，比方输入设备中的按钮、行程开关、接近开关等，输出设备中的继电器、接触器和电磁阀等。另外，从软件程序的编写过程来看，如果能编写出

5、一个具有监控系统的运行程序，那么对提高PLC 系统的可靠性也有很大的帮助。就实际经验而言对如何提高PLC控制系统的可靠性进行如下探讨。第1章 从外围设备来考虑如何提高PLC控制系统运行的可靠性PLC是专门针对工业生产环境而设计的控制设备,当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强、风沙所致灰尘多、湿度高、电源的稳定性较差、输入和输出设备连接的电路等很容易受到干扰等，会使控制系统的可靠性明显降低。11 工作环境要求一般PLC工作的环境温度应在00C-550C的范围，冬季不要安装在室外，夏季要防止太阳光直接照射；安装时要远离热源，空气的相对湿度应小于8%，不结露，散热空间足够大，通风条件良好；保证PLC与

6、外接触器件绝缘良好。PLC不要安装在有振动的场所；对有振动源的，那么应按照产品说明书要求允许的条件，安装垫橡胶或采取其他减振防振措施。空气中有粉尘或有害气体，以及环境温度低至很容易结湿时，会造成内部电路短路而损坏PLC，应将PLC封闭安装且保证通风良好。1.2 电源要求 不同种类的PLC产品,对电源要求也各不相同,包括电源电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出电压范围，供电的方式等。电磁干扰较强的场所对PLC可靠性的要求更高，PLC的供电应该与动力供电和控制电路供电分开，采用单独供电方式，必要时，可用带屏蔽措施的隔离变压器供电、PLC供电回路串联LC滤波电路等方法。在设计时，PLC外接的直流电

7、源那么采用稳定性可靠的稳压电源，供电功率应留有25%-35%的余量。对控制器件本身所用的直流电源，应单独提供且有最大电流限制，防止过电流损坏设备。1.3 接地和接地线(1)PLC良好的接地是正常可靠运行的前提,在设计时,PLC接地应该与动力电设备的接地线分开,且距10cm以上，采用专门的接地装置，且接地良好;如不能分开接地时,也可采用共用接地;但绝对禁止采用共通接地方法.如图1所示,接地点应尽可能靠近PLC ,接地电阻一般应小于10欧姆.外接设备可编程控制器外接设备可编程控制器外接设备可编程控制器(a.)专用接地b.共用接地c.共通接地图一2PLC的接线包括输入设备的接线和输出设备的接线。输入

8、设备的接线长度不宜过长，一般不大于35m；在线路距离较长时，可采用适宜的中间继电器进行信号转换。输入接线的COM端公共端与输出接线的COM端公共端不能接在一起。输入设备接线与输出设备接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号接线和输出信号接线，必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的接地端应为同一点接地，接地点宜在控制器侧。1.5 PLC-I/O电路 (1)由于PLC是通过输入电路接受模拟量、开关量等输入信号，因此输入电路的元器件性能的好坏和连接方式会直接影响控制系统的可靠性；比方：行程开关、按钮等输入开关器件触点接触是否良好、接线是否牢固等。运行设备上的机械限位开

9、关是最容易产生故障的元器件，在设计时，应尽量选用可靠性高的光电开关和接近开关等代替机械限位开关。此外，手动按钮的常开和常闭触点也会影响到PLC控制系统的可靠性。现以一个简单的起动电路、停止控制线电路为例，如下列图2和图3所示，是两个控制电路和它们对应控制梯形图，这两个控制电路的控制功能完全一样，按下启动按钮时，输出动作；按下停止按钮时，输出断开；但它们的可靠性不一样，应考虑输出断开为平安状态，因此图3的可靠性要比图2的高，当SBI、SB2发生故障时，最常见的现象是输入电路开路。当采用图3电路时，不管SBI、SB2开关本身开路还是外接接线开路，输出都平安状态，且保证了系统的平安性和可靠性。SB1

10、SB1输出YX00X 01X 00X 01输出YX0X1X0X1SB2SB2PLCPLC 图2 起停控制线路图3 起停控制线路(2)在PLC的输入端有感性器件时,为了防止反冲感应电势损坏模块,在感性器件两端并接电容C和电阻R(交流信号输入时),或并接续流二极管D(直流信号输入时).如下列图4所示，在采用交流输入方式时，C和R的选择要适当才能起到较好的效果。通过试验装置的测试，当器件容量在10VA以下，一般0.22微法+180欧姆;器件容量在10VA以上时,一般选0.68微法+56用直流输入方式时,经试验测试得知,二极管的额定电流应选为2A,额定电压要大于电源电压的3.5倍。SBSB二极管电源电

11、源可编程控制器PLC可编程控制器PLC电阻感性器件感性器件(a)输入交流信号方式 (b)输入直流信号方式图4 输入端为感性负荷时(3)在PLC的输出端有感性负载时,通过试验测试得知,假设是交流负载场合,应在负载的两端并接C和R浪涌吸收器;如交流是110V、220V、电压而功率为400VA左右时，C和R浪涌吸收器为0.68UF+56欧姆和R愈靠近负载,其抗干效果愈好，电容耐压为器件工作电压的4倍以上;假设是直流负载场合,那么在负载的两端并接续流二极管D,如图6所示.二极管也要靠近负载,其反向耐压应是负载工作电压的4倍以上.感性负载可编程控制器PLC可编程控制器PLC直流电源交流电源电阻电容二极管

12、感性负载图5 输出端为交流感性负载 图6 输出端为直流感性负载第2章 :从PLC的软件程序来虑提高控制系统的可靠性的检测为了提高可编程控制器控制系统工作的可靠性,可以专门设置一套定时器,作为监控程序运行局部,对系统的运行状态进行监视和检测.假设程序运行正常结束,那么定时器就即被清零,假设程序运行时发生故障,如出现死循环等等,那么该定时器在设定的时间内确无法清零,此时PLC报警电路编写程序时,使用这种方法就能实现对系统各局部运行状态的监视.如果用PLC来控制某一个对象时,应用程序时可定义一个定时器，对这一控制对象的运行状况进行检测,该定时器的设定时间应为这一个控制对象工作所需的最大时间，当启动该

13、控制对象运行时，同时也启动对应的定时器，假设该控制对象的运行程序在程序规定的时间内结束工作，那么发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一控制对象的运行程序正常，否那么属控制对象运行不正常，发出报警提示或停机信号。监控应用程序的梯形如图7所示，图中的定时器T1为检测元件，X1为控制对象动作信号，X2为动作完成信号，M2为报警或停机信号。假设被控对象运行程序完成一次循环需要50s，那么定时器K取值510T1为100ms定时器。当X1=1时，被控对象运行开始，T1开始计时，如在规定的时间内，被控对象的运行程序能正常结束，即X2动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次应用程序循环的开始；假设

14、在规定的时间内没有发出被控制对象运行完成的动作信号，那么判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。 逻辑错误检测 在PLC控制系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部信号如辅助继电器M的状态之间存在着确定的关系，假设出现了异常的逻辑信号，就说明出现了故障。因此，可以在程序中编写一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为NO状态，就应该按故障处理。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关，对应的PLC输入地址分别为X1，X2，在两个信号不会同时为NO状态，如果他们同时为NO状态，就说明至少有一个限位开关状态异常，应该停机处理。如图8梯形图中，这两个限位开关对应的输入继电器

15、的常开触点X1，X2串联，来驱动一个表示限位开关故障信号的辅助继电器M0，当M0为NO状态时就发出报警信号或停机信号图8逻辑错误检测程序2.3. 降级操作设计降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的程序设计，例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动等功能的设计。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对局部或全部设备停止自动操作，进行手动的开停操作，以防止设备的损坏或对人员的伤害。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。第3章结束语PLC控制系统与外围设备工作的可靠性与多种因素有关系,因此客观因素也影设施环境、选择质量较高的元器件、改善PLC工作环境、编制监控程序等等措