Plc设备应用与维护
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作者: 张全伟
[摘 要]PLC作为高性能微机化自控设备,目前已得到十分广泛的应用,随着信息化自动的迅速发展,PLC可编程逻辑控制器在贵公司使用越来越多,它采用可编程的存储器,控制技术、计算机技术、通信技术和传感器技术的发展,PLC的功能越来越强,PLC的应用越来越广,控制对象越来越复杂,控制要求也越来越高,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。
[关键词]Plc设备 可靠性设计
[中图分类号]TP273[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0020-01
目前采用PLC集中自动控制,应用PLC可使机电设备的生产效率大幅提高,同时也可为机电设备的故障诊断带来极大的方便,PLC应用的深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。
90年代,随着工控编程语言IEC61131-3的正式颁布,PLC开始了它的第三个发展时期,在技术上取得新的突破。PLC在系统结构上,从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展;在编程语言上,图形化和文本化语言的多样性,创造了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境;从应用角度看,除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外,更发展了以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集系统(SCADA)、柔性制造系统(FMS)、安全连锁保护系统(ESD)等,全方位地提高了PLC的应用范围和水平。
1 PLC具体应用
1.1 PLC系统设备选型
可编程逻辑控制器(PLC)多数是工作在复杂恶劣的环境中,这不仅对PLC本身,而且对现场检测机构、供电设备等外围设备的可靠性也提出严格的要求。在选择控制设备时要注意以下几点:要选择技术指标先进、质量优、环境适应性强和抗干扰能力强、可靠性好的机型,以保证PLC能在强干扰恶劣环境中长期可靠地运行;根据实际要求选择具有完善的输入、输出功能的模块,以使系统能灵活处理模拟量、数字量和开关量;具有完善的软件系统,以 实现过程检测、执行、控制、报警以及图形画面显示打印等功能。
国内开始研制PLC产品是上世纪70年代中期,当时上海、北京、西安、广州和长春等地的不少 科研单位、大专院校和工厂,总计20多家单位都在研制和生产PLC(绝大多数都是小型PLC)。特别值得一提的是国家科委和原机械工业部在仪器仪表重点课 题攻关专项中组织了“六五”、“七五”、“八五”的可编程序控制器子项攻关,由部属北京机械工业自动化研究所负责,先后研制开发了MPC-10、MPC- 20、MPC-85型PLC。这几种型号的PLCI/O点数为256～512,并可扩展到1024点,开创了国内研制大型PLC的先河,先后在注塑机、恒 温室、锅炉控制、汽车压力机生产线上获得了应用。
1.2 I/O端的可靠性设计
可编程逻辑控制器(PLC)内部用光电耦合器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离,PLC的模拟量I/O模块一般也采取了光电耦合的隔离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外,还可以保护CPU模块,使之免受从外部窜入PLC的高电压的危害,因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。如果PLC输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰,可以用小型继电器来隔离易受干扰的用长线引入PLC输入端的开关量信号。光电耦合器中发光二极管的工作电流仅数毫安,而小型继电器的线圈吸合电流为数十毫安,强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不可能使隔离用的继电器吸合。
继电器输出模块的触点工作电压范围宽,导通压降小,与晶体管型和双向可控硅型模块相比,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但是动作速度较慢。系统输出量变化不是很频繁时,一般选用继电器型输出模块。PLC输出模块内的小型继电器的触点很小,断弧能力很差。断开直流电路要求较大的继电器触点,接通同一直流电路可用较小的触点,选择外接的继电器时,应仔细分析是否用PLC来控制接通或断开外部回路。
当输入端或输出端接有感性元件时,为提高系统工作的可靠性,使干扰降到最低,可在两端并联续留二极管(DC电路)或阻容电路(AC电路),以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。当接近开关、光电开关这一类两线式传感器的漏电流较大时,可能会出现错误的输入信号,可以在输入端并联旁路电容,以减少输入阻抗。
2 PLC的特点
2.1 配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代 PLC多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制,CNC等各种工业控制 中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.2 可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性 是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术,采用优质的电子元件与合理的系统结构设计,内部电路采取光电隔离、数字滤波、故障诊断等硬件措施,具有很高的可靠性。一 些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间很长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关 接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以 编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护,使得整个系统具有极高的可靠性。
3 如何判断模拟量信号的故障
PLC诊断模拟量故障的过程,实质就是将在相应A/D通道读到的检测信号的模拟量的实际值与系统允许的极限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离极限值,则表明机电设备对应的受监控部位处于正常状态,如果实际值接近或达到极限值,则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定,利用PLC的模拟量设定开关可精确设置该极限值。
当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值,PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位,或者从PLC的通讯口主动发起通讯,从而输出故障诊断的结果,并据此实现对机电设备的控制。
4 结语
PLC的应用领域目前不断扩大,并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至 实现全厂的综合自动化。PLC的技术发展除了小型化、超高速,大容量存储器,多CPU,多任务并行运行外,PLC的开放性更大,通信联网能力更强,集成化 软件更优。标准化的IEC61131-3PLC编程语言已被众多PLC厂商所接受,其推广速度越来越快。软PLC的应用范围将更广。
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