提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性六項(xiàng)措施，使您能夠做好PLC控制系統(tǒng)，學(xué)會(huì)了解合適的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、環(huán)境污染、合理的安裝和布線、正確的地線、安全保護(hù)、必要的軟件措施來改進(jìn)三菱PLC控制系統(tǒng)，以下部分為大家分享六種提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施。
一.適當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境
1.環(huán)境溫度適宜
所有生產(chǎn)廠家對(duì)PLC的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。PLC允許的環(huán)境溫度通常在0~55°C左右，因此在安裝時(shí)，不要將發(fā)熱元件置于PLC下；PLC應(yīng)被足夠的通風(fēng)和散熱空間包圍；不要將PLC安裝在陽光直接照射或非常接近加熱、加熱器、大功率電源和其他加熱設(shè)備的地方；如果控制柜溫度過高，則應(yīng)安裝PLC控制柜Zui，如果控制柜溫度過高，應(yīng)在機(jī)柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強(qiáng)制通風(fēng)。
2.環(huán)境濕度適宜
為保證PLC的絕緣性能，PLC工作環(huán)境中空氣相對(duì)濕度一般小于85%。過多的濕度也會(huì)影響模擬輸入/輸出設(shè)備的精度。因此，PLC不能安裝在露水、雨水的地方。
3.注意環(huán)境污染
在有大量污染物(如灰塵、煙霧、鐵粉等)、蠟燭氣體和易燃?xì)怏w的地方安裝PLC是不合適的，特別是在有腐蝕性氣體的地方，這些氣體很容易引起元件和印刷電路板的腐蝕。如果只能安裝在這樣的地方，可以在溫度允許的情況下關(guān)閉PLC，也可以在更封閉的控制室安裝PLC，還可以安裝空氣凈化裝置。
4.遠(yuǎn)離振動(dòng)和沖擊源
裝有PLC的控制柜應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)大、沖擊大的地方，尤其是連續(xù)頻繁的振動(dòng)。如有必要，可采取相應(yīng)措施，以減少振動(dòng)和沖擊的影響，以避免松開電線或插入式。
5.遠(yuǎn)離強(qiáng)烈干擾的根源
PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大功率設(shè)備；PLC也應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)放射源以及容易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。
二.合理安裝和布線
1.注意電源的安裝
電源是干擾PLC的主要方式。PLC系統(tǒng)有兩種供電方式：外部電源和內(nèi)部電源。
外部電源是用來驅(qū)動(dòng)PLC輸出裝置(LOAD)并提供輸入信號(hào)的，也稱為用戶電源，同一PLC的外部電源可以有多種規(guī)格。外部電源的容量和性能由PLC的輸出裝置和輸入電路決定。由于PLC的I≤O電路具有濾波和隔離功能，外部電源對(duì)其性能影響不大。因此，對(duì)外部電源的要求并不高。
內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。其性能直接影響PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常運(yùn)行，對(duì)內(nèi)部電源提出了更高的要求。PLC的內(nèi)部電源一般采用開關(guān)穩(wěn)壓電源或原穩(wěn)壓低通濾波器穩(wěn)壓電源。
在抗干擾能力強(qiáng)或可靠性要求高的情況下，采用屏蔽層隔離變壓器為PLC系統(tǒng)供電。LC濾波電路也可以串連在隔離變壓器的次級(jí)側(cè)。同時(shí)，在安裝時(shí)應(yīng)注意以下問題：
主要結(jié)果如下：
1)采用雙絞線連接隔離變壓器與PLC和I/O電源之間的SUI，控制串行模式干擾。
2)系統(tǒng)的電力線應(yīng)足夠厚，以降低大容量設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引起的線路電壓降；
(3)在PLC輸入電路中使用外部直流電源時(shí)，SUI可以使用穩(wěn)壓電源來保證輸入信號(hào)的正確性。否則，PLC可能會(huì)接收錯(cuò)誤的信號(hào)。
2.遠(yuǎn)離高壓
PLC不能安裝在高壓電器和高壓電纜附近，更不能安裝在與高壓電器相同的控制柜中。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)柜中的高壓電源線，兩者之間的距離應(yīng)大于200 mm。
3.合理布線
(1)I/O線、電力線和其他控制線應(yīng)相互分開，不應(yīng)盡可能地連接在同一插槽內(nèi)。
(2)交流線路與直流線、輸入線與輸出線可相互分離。
(3)開關(guān)和模擬I/O線SUI可以相互分離。對(duì)于發(fā)送模擬信號(hào)的I/O線SUI，可以使用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層應(yīng)在一端接地。
(4)PLC基本單元與擴(kuò)展單元之間的電纜傳輸信號(hào)小，頻率高，易受干擾，不能與其它連接埋在同一線路槽內(nèi)。
(5)PLC的I/O電路接線必須采用壓接端子或單線，不宜用多股線直接連接PLC的接線端子，否則容易產(chǎn)生火花。
(6)安裝在與PLC相同的控制柜中，雖然它不是由PLC控制的感性元件，但也應(yīng)與RC或二極管消弧線電路并聯(lián)。
三.正確的接地
良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制干擾，PLC通常單獨(dú)使用自己的接地裝置和其他設(shè)備，也可以使用公共接地，但禁止使用圖6-37c所示的串聯(lián)接地方法，因?yàn)檫@種接地方式將導(dǎo)致PLC與設(shè)備之間的電位差。
PLC的接地線路應(yīng)盡可能短，位置應(yīng)盡可能接近PLC。同時(shí)，接地電阻應(yīng)小于100Ω，地線截面積應(yīng)大于2mm2。
另外，PLC的CPU單元必須接地。如果使用I≤O擴(kuò)展單元，則CPU單元應(yīng)該有一個(gè)與其共用的接地體，任何單元的保護(hù)接地端到地面的電阻不應(yīng)大于100Ω。
四.必要的安全和保護(hù)聯(lián)系
1.短路保護(hù)
當(dāng)PLC輸出設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，為了避免PLC內(nèi)部輸出元件的損壞，應(yīng)在PLC的外部輸出電路中安裝熔斷器，以保護(hù)短路。Zui可以在每個(gè)負(fù)載回路中安裝熔斷器。
2.聯(lián)鎖和聯(lián)鎖措施
除了保證程序中電路的聯(lián)鎖關(guān)系外，還應(yīng)在PLC的外部接線中采取硬件聯(lián)鎖措施，以保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，如電動(dòng)機(jī)的正、反控制，接觸器KM1和Km2通常采用閉合觸點(diǎn)進(jìn)行PLC外聯(lián)鎖。當(dāng)不同的電機(jī)或電器之間有聯(lián)鎖時(shí)，Zui也在PLC之外進(jìn)行硬件聯(lián)鎖。利用PLC的外部硬件實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖和聯(lián)鎖是PLC控制系統(tǒng)中的一種普遍做法。
3.電壓損失保護(hù)和緊急停車措施
PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)采取電壓損耗保護(hù)措施，當(dāng)電源暫時(shí)斷電時(shí)，PLC的外部負(fù)荷不按“啟動(dòng)”按鈕就不能啟動(dòng)。這種接線方法的另一個(gè)功能是，在特殊情況下需要緊急關(guān)機(jī)時(shí)，按下停止按鈕可以切斷負(fù)載電源，這與PLC無關(guān)。
五.必要的軟件措施
有時(shí)硬件措施不一定能完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施配合，對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。
1.消除開關(guān)輸入信號(hào)抖動(dòng)。
在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)某些開關(guān)輸入信號(hào)被打開時(shí)，由于外界的干擾，當(dāng)輸入信號(hào)被打開或關(guān)閉時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一般不受繼電器電磁慣性的影響，但在PLC系統(tǒng)中，由于PLC掃描速度快，掃描周期遠(yuǎn)短于實(shí)際繼電器的動(dòng)作時(shí)間，PLC可能會(huì)檢測(cè)到抖動(dòng)信號(hào)，造成錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，必須對(duì)一些“抖動(dòng)”信號(hào)進(jìn)行處理，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
輸入信號(hào)抖動(dòng)的影響及其消除
a)抖動(dòng)的影響b)消除抖動(dòng)的方法
2.故障檢測(cè)與診斷
PLC具有高可靠性和完善的自診斷功能.如果PLC出現(xiàn)故障，通過自診斷程序可以很容易地找到故障的原因，故障排除后可以恢復(fù)正常的工作。
大量工程實(shí)踐表明，PLC外部輸入輸出設(shè)備的故障率遠(yuǎn)高于PLC本身。這些設(shè)備發(fā)生故障后，PLC無法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，這可能會(huì)使故障擴(kuò)展到強(qiáng)電保護(hù)裝置的作用下，有時(shí)甚至?xí)鹪O(shè)備和人員事故。關(guān)機(jī)后，也要花很多時(shí)間才能找到故障。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，PLC可以在事故發(fā)生前自動(dòng)停止和報(bào)警，為了方便地查找故障，提高維護(hù)效率，可以使用PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。
現(xiàn)代PLC擁有大量的軟件資源，如FX2N系列PLC有數(shù)千個(gè)輔助繼電器，數(shù)百個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，有相當(dāng)大的裕度，這些資源可用于故障檢測(cè)。
主要結(jié)果如下：
(1)機(jī)械設(shè)備每一步超時(shí)檢測(cè)所需時(shí)間基本不變，即使變化不大，也可作為參考，在PLC中發(fā)送輸出信號(hào)，并在相應(yīng)的外部執(zhí)行器啟動(dòng)動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)。定時(shí)器的設(shè)定值比正常的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間長約20%。例如，在設(shè)置驅(qū)動(dòng)器(如電機(jī))在正常情況下運(yùn)行50秒后，它驅(qū)動(dòng)的部件使限位開關(guān)移動(dòng)并發(fā)出動(dòng)作結(jié)束信號(hào)。如果執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)間超過60s(即相應(yīng)定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間)，PLC尚未收到動(dòng)作結(jié)束信號(hào)，定時(shí)器延時(shí)打開正常開觸點(diǎn)發(fā)出故障信號(hào)，信號(hào)停止正常循環(huán)程序，啟動(dòng)報(bào)警和故障顯示程序，使操作人員和維護(hù)人員快速識(shí)別故障類型，及時(shí)采取故障排除措施。
(2)當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PLC的輸入輸出信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)(如輔助繼電器狀態(tài))之間存在一定的關(guān)系。如果有異常的邏輯信號(hào)，就有故障。因此，我們可以編譯一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系處于狀態(tài)，就應(yīng)該根據(jù)故障進(jìn)行處理。例如，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中有兩個(gè)極限開關(guān)動(dòng)作，這兩個(gè)信號(hào)將不會(huì)同時(shí)處于ON狀態(tài)，如果它們意味著至少有一個(gè)極限開關(guān)被卡住，同時(shí)它應(yīng)該停止處理。
3.消除預(yù)測(cè)干擾
有些干擾是可以預(yù)見的，如PLC輸出指令使執(zhí)行器(如大功率電機(jī)、電磁鐵)動(dòng)作，往往伴隨著火花、電弧等干擾信號(hào)，它們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能會(huì)使PLC接收錯(cuò)誤的信息。在這些干擾容易發(fā)生的時(shí)候，PLC的一些輸入信號(hào)被可用的軟件阻塞，在干擾易發(fā)期過后，阻塞解除。
六.冗余或熱備用系統(tǒng)的使用
一些控制系統(tǒng)(如化學(xué)工業(yè)、造紙、冶金、核電廠等)要求非常高的可靠性。如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致停機(jī)或設(shè)備損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，只有通過提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性才能滿足要求。在這種可靠性要求很高的大型系統(tǒng)中，常采用冗余系統(tǒng)或熱備系統(tǒng)來有效地解決上述問題。
1.冗余系統(tǒng)
所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中的冗余部分，沒有冗余部分系統(tǒng)仍能正常工作，但一旦發(fā)生系統(tǒng)故障，冗余部分可以立即取代故障部分，使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。冗余系統(tǒng)通常是SUI的重要組成部分，在控制系統(tǒng)中(如CPU模塊)是由兩組相同的硬件組成的，當(dāng)一組故障立即由另一組故障控制時(shí)。是否使用兩組相同的I/O模塊取決于系統(tǒng)的可靠性要求。
兩組CPU模塊與同一個(gè)程序并行工作，一個(gè)是主CPU模塊，另一個(gè)是備用CPU模塊。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，禁止待機(jī)CPU模塊的輸出，主CPU模塊控制系統(tǒng)的工作。同時(shí)，主CPU模塊通過冗余處理單元不斷刷新待機(jī)CPU模塊的I≤O圖像寄存器和其他寄存器。當(dāng)主CPU模塊發(fā)送故障信息時(shí)，RPU在1≤3掃描周期內(nèi)將控制功能切換到待機(jī)CPU。I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU完成的。
(A)冗余系統(tǒng)b)熱備用系統(tǒng)
2.熱備系統(tǒng)
熱備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單。雖然有兩個(gè)CPU模塊同時(shí)運(yùn)行一個(gè)程序，但沒有冗余處理單元RPU。系統(tǒng)的兩個(gè)CPU模塊的切換是通過主CPU模塊和備用CPU模塊之間通過通信端口的通信來完成的。這兩組CPU通過通信接口連接。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主CPU和交換機(jī)通知待機(jī)CPU，切換過程通常較慢。
