PLC可靠性研究論文

1、保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告（論文）系專業(yè)班級姓名學(xué)號題目指導(dǎo)教師完成時間 年 月 日指導(dǎo)教師情況姓名職稱單位答辯小組成員評語：答辯小組組長簽字：年 月 日成績：答辯小組組長簽字：年 月 日內(nèi) 容 摘 要在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，而且是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代化科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。因此，PLC的可靠性也直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和運行，探討提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法具

2、有十分重要的意義。本文介紹了PLC的發(fā)展、現(xiàn)狀與應(yīng)用，及三菱的FX系列的PLC的基本結(jié)構(gòu)和原理，還主要對影響PLC可靠性的因素進(jìn)行分析，并提出了一些適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p少對整個系統(tǒng)的干擾。目 錄第1章 緒 論- 3 -1.1 PLC自動控制系統(tǒng)的簡介- 3 -1.1.1 傳統(tǒng)繼電器控制的缺點與PLC的興起- 3 -1.1.2 PLC也需要面對的問題- 4 -1.2 PLC自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用- 5 -1.2.1 PLC的發(fā)展概況- 5 -1.2.2 目前影響推廣PLC的主要原因與應(yīng)用- 5 -1.2.3 PLC的發(fā)展趨勢- 7 -第2章 PLC自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理- 8 -2.1 P

3、LC自動控制系統(tǒng)的基本組成與結(jié)構(gòu)- 8 -2.1.1 PLC自動控制系統(tǒng)的硬件- 8 -2.1.2 PLC自動控制系統(tǒng)的軟元件- 10 -2.2 PLC自動控制系統(tǒng)的工作原理- 11 -2.2.1 FX系列PLC工作原理- 11 -2.2.2 PLC編程語言及方法- 13 -第3章 探討影響PLC自動控制系統(tǒng)可靠性的因素與建議- 13 -3.1 影響PLC可靠性因素的分析- 13 -3.1.1 PLC自動控制系統(tǒng)的干擾分析- 13 -3.1.2 探討如何提高PLC的可靠性- 15 -3.2 對PLC的展望- 18 -總結(jié)- 19 -致謝- 19 -參考文獻(xiàn)- 20 -第1章 緒 論可編程序控制

4、器（PLC）是在程序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC 自產(chǎn)生至今只有30 多年的歷史,卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一，未來的工業(yè)生產(chǎn)中,PLC 技術(shù)和機(jī)器人以及CAD/ CAM技術(shù)將并列成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱，鑒于PLC 這種新型工業(yè)控制裝置在工業(yè)應(yīng)用中的重要性和廣泛性,為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的需求，即對PLC自動控制系統(tǒng)設(shè)計及可靠性的探討有著重要的意義。1.1 PLC自動控制系統(tǒng)的簡介PLC是在程序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)和

5、繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。從廣義上講，PLC是一種計算機(jī)系統(tǒng)，比一般計算機(jī)具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，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)的繼電器和接觸器的邏輯控制。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。PLC是以計算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動化裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，因此近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)繼電器控制的缺點與PLC的興起在工業(yè)自動化

6、領(lǐng)域，PLC作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會被完全淘汰，但是由于PLC的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計者的設(shè)計思想。（1）控制繼電器存在的缺點：今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的

7、后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。（2）可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能：可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊

8、能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。相對于傳統(tǒng)繼電器具有幾大顯著的特點：可靠性高，抗干擾強；功能強大，性價比高；編程簡易，現(xiàn)場可修改；配套齊全，使用方便；壽命長，體積小，耗能低；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維護(hù)方便等特點。1.1.2 PLC也需要面對的問題PLC作為新一代的工業(yè)控制裝置,因其本身具有高可靠性、較強的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性以及編程簡單、操作方便等特性,而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但隨著PLC應(yīng)用場合越來越廣、應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜,所受到的干擾也越來越多, 如溫度過高、濕度過大、噪聲干擾、振動和沖擊過強，以及電磁干擾嚴(yán)重，安裝使用不當(dāng)，加上外圍電路的抗干擾措施不力，輸入輸出線間干擾、感

9、應(yīng)電動勢、機(jī)械觸點抖動等等，這些都可能造成PLC控制系統(tǒng)可靠性降低,不能正常工作，而PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。設(shè)計人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運行，因此,分析影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的因素,研究其解決措施,對于提高PLC控制系統(tǒng)可靠性具有重要的作用,對于PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用也具有普遍意義。1.2 PLC自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用 PLC的發(fā)展概況可編程控制器最早出現(xiàn)在美國，1968年，美國的通用汽車公司（GM）提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，條件提出

10、后，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)時叫可編程邏輯控制器（PLC），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到20世紀(jì)70年代中期以后，特別是進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器。輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時的PLC已不僅僅具有邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)

11、通信功能，稱之為可編程序控制器更為合適。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計思想是把計算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。對用戶來說，可編程控制器是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工業(yè)自動化的強有

12、力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。我國也從1974年也開始研制PLC。如今，PLC已經(jīng)大量應(yīng)用在進(jìn)口和國產(chǎn)設(shè)備中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)了大批應(yīng)用PLC改造設(shè)備的成果，并且已經(jīng)實現(xiàn)了PLC的國產(chǎn)化，現(xiàn)在生產(chǎn)的設(shè)備越來越多的采用PLC作為控制系統(tǒng)。因此，了解PLC的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維修PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣工作人員和工科學(xué)生的基本要求。 目前影響推廣PLC的主要原因與應(yīng)用PLC不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時

13、代的到來，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保等各行各業(yè)。而且隨著其性能價格比的不斷提高，其用途大致有以下幾個方面。（1）順序控制順序控制是PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按照順序動作。PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。由于它還具有編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點，所以在實現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、

14、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號，控制機(jī)械運動部件進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關(guān)閉、皮帶運輸機(jī)的順序啟動等。（2）閉環(huán)過程控制以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用PLC控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速

15、度等。 （3）運動位置控制PLC可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運動位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動裝置，通過步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運動，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削、機(jī)器人、電梯等應(yīng)用中。 （4）生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理PLC可以通過通迅接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連。顯示器作為人機(jī)界面（HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈，及生產(chǎn)

16、流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。PLC可以方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并可對要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫面上，通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機(jī)的啟動與停止，位置開關(guān)的狀態(tài)等。PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化，操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄，通過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。 （5）網(wǎng)絡(luò)特性PLC可以實現(xiàn)多臺PLC之間或多臺PLC與一臺計算

17、機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 通過通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計算機(jī)相連，從而使管理者可通過電話線對控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。1.2.3 PLC的發(fā)展趨勢PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求，PLC經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，實現(xiàn)了從無到有，從一開始的簡單邏輯控制到現(xiàn)在的運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，PLC還將有更大的發(fā)展，主要在以下幾個方面。 （1）從技術(shù)上看，隨著計算機(jī)技術(shù)的新成果更多地應(yīng)用到PLC的設(shè)計和制造上，PLC會向運算速度更快

18、、存儲容量更大、功能更廣、性能更穩(wěn)定、性價比更高的方向發(fā)展。（2）從規(guī)模上看，隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，為適應(yīng)市場的需求，PLC會進(jìn)一步向超小型和超大型兩個方向發(fā)展。（3）從配套性上看，隨著PLC功能的不斷擴(kuò)大，PLC產(chǎn)品會向品種更豐富、規(guī)模更齊全的方向發(fā)展。（4）從標(biāo)準(zhǔn)上看，隨著IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的誕生，各廠家PLC或同一廠家不同型號的PLC互不兼容的格式將被打破，將會使PLC的通用信息、設(shè)備特性、編程語言等向IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展。（5）從網(wǎng)絡(luò)通信的角度看，隨著PLC和其他工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線的發(fā)展，PLC將向網(wǎng)絡(luò)化和通信的簡單化方向發(fā)展。第2章 PLC

19、自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理2.1 PLC自動控制系統(tǒng)的基本組成與結(jié)構(gòu)下面以三菱公司的FX系列產(chǎn)品為例，加以說明。FN系列PLC是由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊構(gòu)成的?；締卧–PU、存儲器、I/O單元和電源，是PLC控制的核心；擴(kuò)展單元是擴(kuò)展I/O點數(shù)的裝置，內(nèi)部有電源；擴(kuò)展模塊用于增加I/O點數(shù)和改變I/O點數(shù)的比例，內(nèi)部無電源，由基本單元或擴(kuò)展單元供電。擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊內(nèi)無CPU，必須與基本單元一起使用。特殊功能模塊是一些特殊用途的裝置。下面介紹PLC基本單元的硬件和軟件。 PLC自動控制系統(tǒng)的硬件 PLC硬件主要由中央處理單元、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源單元、

20、編程器、擴(kuò)展接口和存儲器接口組成，如下圖圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖圖2-2 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2-3 FX系列PLC硬件配置圖 PLC自動控制系統(tǒng)的軟元件PLC內(nèi)部有許多具有不同功能的元件，實際上這些元件是由電子電路和存儲器組成的。（1）軟組件：即軟繼電器，是PLC中的電子電路或存儲器，與物理的繼電器具有相同的功能。特點：1） 軟組件具有無數(shù)個常開、常閉觸點，可以無限次的使用。 2） 可以做為PLC的存儲單元，每個單元為一位，稱為位組件，位組件可以組合使用，如K4M0，表示M0M15 16位的字符。 3） 軟組件的編號由一個表示功能的字母和數(shù)字組成，如X000， 輸入/輸出軟組件的數(shù)字序號為八

21、進(jìn)制的，其余為十進(jìn)制。（2）FX2N系列PLC的軟元件分類：1）輸入輸出繼電器 2）輔助繼電器 3）狀態(tài)軟元件 4）定時器 5）計數(shù)器 6）數(shù)據(jù)寄存器 7）指針 8）數(shù)據(jù)類軟元件 注：輸入與輸出繼電器序號為8進(jìn)制，如X010表示第8個輸入端口 下面例舉一些軟元件控制示意圖： 圖2-4 PLC控制系統(tǒng)的示意圖圖2-5 普通定時器控制示意圖圖2-6 計數(shù)器控制示意圖2.2 PLC自動控制系統(tǒng)的工作原理 FX系列PLC工作原理PLC的工作原理與計算機(jī)的工作原理基本上是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行用戶程序完成控制任務(wù)。但是，計算機(jī)與PLC的工作方式有所不同，計算機(jī)一般采用等待命

22、令的工作方式，而PLC則采用循環(huán)掃描的工作方式1、基本的工作模式（1）運行 RUN 當(dāng)處于運行工作的模式時，PLC進(jìn)行內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過程循環(huán)工作。（2）停止 STOP 當(dāng)處于停止工作的模式時，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。2、執(zhí)行程序的三個階段（1）輸入處理（2）程序執(zhí)行（3）輸出處理3、工作特點（1）分時處理（2）周期循環(huán)掃描圖2-7 PLC工作原理圖2.2.2 PLC編程語言及方法編程語言及方法基本上有這幾種：1)梯形圖語言 2）指令表（助記符）語言3）順序功能圖 4)能塊圖： 類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言 5)結(jié)構(gòu)文本：大中型PLC中

23、可以實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算例如：第3章 探討影響PLC自動控制系統(tǒng)可靠性的因素與建議3.1 影響PLC可靠性因素的分析隨著PLC應(yīng)用場合越來越廣、應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜,所受到的干擾也越來越多,這些都可能造成PLC控制系統(tǒng)可靠性降低,不能正常工作，導(dǎo)致無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。因此,分析影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的因素,研究其解決措施,對于提高PLC控制系統(tǒng)可靠性具有重要的作用,對于PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用也具有普遍意義。因此從兩大方面來考慮：（1）PLC的外圍設(shè)備來考慮分析PLC的可靠性（2）PLC的軟件程序來考慮分析控制系統(tǒng)的可靠性根據(jù)這些因素提出合理的建議，以及盡可能地完善PLC的可靠性 PLC自動控制系

24、統(tǒng)的干擾分析PLC可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)的，在設(shè)計和制造過程中，采取了多層次多方面的抗干擾措施，使得系統(tǒng)可以在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起運行工作。運行的穩(wěn)定性和可靠性很高，PLC整機(jī)平均無故障工作時間高達(dá)幾萬小時。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也越來越強，使用也越用越方便。但是，整機(jī)的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，還必須在設(shè)計和安裝PLC系統(tǒng)過程中采取相應(yīng)的措施，才能保證整個系統(tǒng)完全可靠地工作。如果PLC的工作環(huán)境過于惡劣，如溫度過高、濕度過大、振動和沖擊過強，以及電磁干擾嚴(yán)重或安裝使用不當(dāng)?shù)龋紩苯佑绊慞LC的正常、安全、可靠地運行， 加上外圍電路的抗干擾措施不力，而使

25、整個控制系統(tǒng)的可靠性大大降低，甚至出現(xiàn)故障。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)予以充分的考慮，在硬件上進(jìn)行適當(dāng)配置并輔以相應(yīng)的軟件，以實現(xiàn)系統(tǒng)故障的防范。PLC控制系統(tǒng)的可靠性的穩(wěn)不穩(wěn)定直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運行，PLC系統(tǒng)的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。因此，分析研究PLC應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，一是在外部的硬件上采取措施;二是在軟件內(nèi)部中設(shè)計相應(yīng)的保護(hù)程序。（1）現(xiàn)場條件輸入給PLC信號出錯的影響有： 1) 造成傳輸信號線中斷，如：短路或斷路（可能機(jī)械拉扯，線路自身老化，線的質(zhì)量差易磨損），當(dāng)傳輸信號線出故障時，現(xiàn)場工作的信號無法傳送給PLC，

26、也造成輸出的控制出錯； 2) 機(jī)械觸點抖動，現(xiàn)場觸點雖然只閉合一次，PLC卻認(rèn)為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計數(shù)、累加、移位等指令中出錯，也造成錯誤的控制； 3) 現(xiàn)場變送器，機(jī)械開關(guān)自身出故障，如觸點接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會使控制系統(tǒng)不能正常工作。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯的影響有： 1) 控制負(fù)載的接觸不能可靠動作，雖然PLC發(fā)出了動作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動作； 2) 控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機(jī)并沒按要求工作；3) 各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位

27、，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。 （3）各種干擾源 1）元器件布局不合理造成內(nèi)部信號相互串?dāng)_；PLC控制系統(tǒng)線路中有電源線、輸入、輸出線和接地線，布線不恰當(dāng)則會造成電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾； 2）雜亂的無線電波信號、外界的高頻加熱器和供電電源電壓、電流劇烈波動和高次諧波的干擾等； 3）按鈕、繼電器等工作時觸點間產(chǎn)生的電弧，雷擊和靜電產(chǎn)生的火花放電的干擾； 4）各類電磁干擾等。 探討如何提高PLC的可靠性 PLC是為工業(yè)而設(shè)的控制設(shè)備。但影響可靠性的因素也蠻多，如電磁干擾、外圍的濕度、電源電壓、輸入和輸出連接線和I/O電路、一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)啊，機(jī)

28、械觸頭啊，內(nèi)部軟件系統(tǒng)啊等易受到干擾時，會使控制系統(tǒng)的可靠性受到影響。下面針對PLC影響可靠性較大的提出一些建議：（1）對PLC工作環(huán)境的要求： 除了為特殊工作環(huán)境而設(shè)計的PLC外，一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在055的范圍，并要避免太陽光直接照射；安裝時要遠(yuǎn)離大的熱源，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。（2）對電源的要求：1）PLC應(yīng)直接從低壓配電室的主母線上采用專用線供電，以減少電

29、機(jī)啟停和其他因素給PLC帶來的直接影響； 2）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、而對PLC可靠性要求又較高的場合，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； 3）在設(shè)計時，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。對由控制器本身提供的直流電源，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。（3）對接地和接線的要求：1）PLC的良好接地是正常運行的前提。在設(shè)計時，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

30、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，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC，接地線的線徑應(yīng)大于4mm2，接地電阻一般應(yīng)小于10。圖3-1 接地方法 2）PLC的接線包括輸入接線和輸出接線。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，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)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)為一點接地，接地點宜在控制器側(cè)。（4）安裝與布線采取一定的抗干擾措施：PLC電源、I/O電源一般都采用帶屏蔽層

31、的隔離變壓器供電, PLC電源線,I/O電源線,輸入、輸出信號線,交、直流線都應(yīng)盡量分開布線，有的還需要屏蔽線，甚至還要接地。（5） 對I/O電路及輸入和輸出端子信號的防護(hù)：1） 要提高現(xiàn)場輸入給 PLC 信號的可靠性，首先要選擇可靠性較高的變送器和各種開關(guān)，防止各種原因引起傳送信號線短路、斷路或接觸不良 ； 2） 在程序設(shè)計時增加數(shù)字濾波程序，增加輸入信號的可信性； 3） 當(dāng)輸入信號源與輸出驅(qū)動的負(fù)載為感性元件時,對于直流電路應(yīng)在其兩端并聯(lián)續(xù)流二極管;對于交流電路,應(yīng)在其兩端并聯(lián)阻容吸收電路。采用以上措施,可防止在電感性輸入或輸出電路斷開時產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢或漏電流對PLC輸入、輸出端點及內(nèi)

32、部電源造成的沖擊。4） PLC是通過輸入電路輸入信號，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)量的觸點接觸是否良好、接線是否牢固等。在設(shè)計時，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的選擇也會影響到系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)以一個簡單的起動、停止控制線路為例，如圖2和圖3所示的是兩個控制線路和它們的對應(yīng)梯形圖。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。我們假設(shè)輸出斷開為安全狀態(tài)，那么圖3的可靠性要比圖2的高。這是因為SB1、SB2都有發(fā)生故障的可能，而最

33、常見的現(xiàn)象是輸入電路開路。當(dāng)采用圖3電路時，不論SB1、SB2開關(guān)本身開路還是接線開路，輸出都為安全狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。 （7）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性研究：當(dāng)現(xiàn)場的信號準(zhǔn)確地輸入給PLC后，PLC執(zhí)行程序，將結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對現(xiàn)場裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。怎樣才能確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有出錯，按控制要求工作，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求工作，又怎樣才能發(fā)現(xiàn)并了解故障呢，對此而應(yīng)該做出以下措施：當(dāng)負(fù)載由接觸器控制時，啟動或停止這類負(fù)載轉(zhuǎn)為對接觸器線圈控制，啟動時接觸器是否可靠吸合，停止時接觸器是否可靠釋放，這是應(yīng)該了解的。當(dāng)開啟或關(guān)閉電動閥門時，根據(jù)閥門開啟、關(guān)閉時間不同，設(shè)置延時時間，經(jīng)過延時檢測開到位或關(guān)到位

34、信號，如果這些信號不能按時準(zhǔn)確返回給PLC，說明閥可能有故障，做閥故障報警處理。還要設(shè)計完善的故障報警系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中我們設(shè)計了3級故障顯示報警系統(tǒng)，1級設(shè)置在控制現(xiàn)場各控制柜面板，用指示燈指示設(shè)備正常運行和故障情況，當(dāng)設(shè)備正常運行時對應(yīng)指示燈亮，當(dāng)該設(shè)備運行有故障時指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設(shè)備工作情況，專門設(shè)置了故障復(fù)位/燈測試按鈕，系統(tǒng)運行任何時間持續(xù)按該按鈕3s，所有指示燈應(yīng)全部點亮，如果這時有指示等不亮說明該指示燈已壞，應(yīng)立即更換，改按鈕復(fù)位后指示燈仍按原工作狀態(tài)顯示設(shè)備工作狀態(tài)。2級故障顯示設(shè)置在中心控制室大屏幕監(jiān)視器上，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，

35、有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應(yīng)的設(shè)備閃爍，歷史事件表中將記錄該故障。3級故障顯示設(shè)置在中心控制室信號箱內(nèi)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，信號箱將用聲、光報警方式提示工作人員，及時處理故障。在處理故障時，又將故障進(jìn)行分類，有些故障是要求系統(tǒng)停止運行的，但有些故障對系統(tǒng)工作影響不大，系統(tǒng)可帶故障運行，故障可在運行中排除，這樣就大大減少整個系統(tǒng)停止運行時間，提高系統(tǒng)可靠性運行水平。（8）對PLC信號的軟件程序的多做探討：在程序設(shè)計時，設(shè)置一個定時器，作為監(jiān)控程序部分，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行檢測。若程序運行能正常結(jié)束，則該定時器就立即被清零；若程序運行發(fā)生故障，如出現(xiàn)死循環(huán)等，該定時器在設(shè)定的時間到就無法清零

36、，此時PLC發(fā)出報警信號。對于PLC系統(tǒng)的可靠性做了一個完全的保障。例如： 圖3-2 圖3-2 檢測程序圖3-2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為報警或停機(jī)信號。假設(shè)被控對象的運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=1時，被控對象運行開始，T1開始計時；如在規(guī)定的時間內(nèi)被控對象的運行程序能正常結(jié)束，則X002動作，M1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)出被控對象運行完成的動作信號，則判斷為故障，T1的觸點閉合，接通M2發(fā)出報警信號或停機(jī)信號。PLC的干擾問題十分復(fù)雜，因此PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計中占有重要地位，在實際設(shè)計中只有根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點和應(yīng)用環(huán)境的具體條件，理論聯(lián)系實際，具體問題具體分析，靈活地選擇行之有效的可靠性設(shè)計技術(shù)和抗干擾方法，全面、合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計，從總體上提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。3.2 對PLC的展望21世紀(jì)