提高PLC控制系统的可靠性研究

单位：宝钢集团八钢公司

作者：张国锋

日期：20##年06月7日

 ：                  内容摘要

提高PLC控制系统的可靠性研究

单位：杭州信义铝材有限公司

           作者：##

可编程序控制器是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物，并已成为自动化控制系统的基本装置。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠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，据称其平均无故障时间已达30万小时。所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、输出器件中的接触、继电器和电磁阀等。另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提高系统的可靠性也有很大好处。

下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。简述了影响可编程序控制器控制系统可靠性的主要因素，并就可编程序控制器的工作环境、电源的要求、接地和连接线的方式、降级操作设计、控制系统的输入电路和输出电路与可编程序控制的软件程序编制等多个方面，提出了一些可行的方法和措施。

关键词：可编程序控制器；外围设备；软件程序；可靠性。

目  录

第1章：  从PLC外围设备来考虑提高PLC的可靠性………..5

1.1  工作环境的要求…………………………………………….5

1.2  电源的要求………………………………………………….5

1.3  接地和接线………………………………………………….5

1.4  降级操作设计………………………………………………6

1.5  PLC的I/O电……………………………………………….6

第二章从PLC的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性…….7

2.1运行状况超时检测……………………………………….7

2.2逻辑错误检测……………………………………………..8

第三章结束语………………………………………………………9

      

前   言

可编程序控制器（以下简称PLC）是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟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，比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已基本取代了传统的继电器和接触的逻辑控制。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达3万~5万小时：而三菱的F系统，据称其平均无故障时间已达30万小时。所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器和电磁阀等。另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提

系统的可靠性也有很大好处。下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。

第1章  从PLC外围设备来考虑提高PLC的可靠性

PLC是专为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，湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。

1．1 工作环境的要求

一般PLC工作的环境温度应在00C-550C的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装.。

1.2 电源的要求

不同的PLC产品,对电源的要求也不同,这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。

对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求以较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开，必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%-30%的余量。对由控制本身提供的真流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备的损坏。

1.3 接地和接线

       (1)PLC的良好接地是正常运行的前提,在设计时,PLC的接地应与动力设备的接地分开,采用专用接地;如不能分开接地时,应采用共用接地;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,接地线的径应大于4mm,接地电阻一般应小于10欧姆

（2）PLC的接线包括输入线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出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和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。

1.5  PLC的I/O电路

(1)由于PLC是通过输入电路接受开关量|、模拟量等输入信号的，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性，比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件，在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。现以一个简单的起动、停止控制线路为例，图2和图3所示的是两个控制线路和它们对应梯形图，这两个控制线路的控制功能完全一样，按下起动按钮，输出动作；按下停止按钮，输出断开；但它们的可靠性不一样，假设输出断开为安全状态，那么图形3的可靠性要比图2的高，这是因为SBI、SB2都有发生故障的可能，而最常见的现象是输入电路开路。当采用图3电路时，不论SBI、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都安全状态，保证了系统的安全和可靠。

(2)在输入端有感性负荷时,为了防止反冲感应电势损坏模块,在负荷两端并接电容C和电阻R(交流输入信号),或并接续流二极管D(直流输入信号).如图表4所示，在采取交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过试验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120欧姆;负荷容量在10VA以上时,一般选0.47微乏+47欧姆较适宜.要采取直流输入方式时,经试验得知,二极管的额定电流应选为IA,额定电压要大于电源电压的3倍。

图4    输入端有感性负荷时的方式

(3)在输出端有感性负载时,通过试验得知,若是交流负载场合,应在负载的两端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47UF+47欧姆,如图5所示.CR愈靠近负载,其抗干效果愈好;若是直流负载场合,则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电压的4倍.

2 :从PLC的软件程序来虑提高控制系统的可靠性

2.1运行状况超时检测

为了提高PLC控制系统工作的可靠性,可以专门设置一个定时器,作为监控程序部分,对系统的运行状态进行检测.若程序运行能正常结束,则该定时器就即被清零,若程序运行发生故障,如出现死循环等,该定时器在设定的时间内就无法清零,此时PLC发出报警信号.在设计应用程序时,使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控.如果用PLC来控制某一对象时,编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视,该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大时间，当启动该对象运行时，同时也启动该定时器，若该对象的运行程序在程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常，否则属运行不正常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形如图7所示，图中定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002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，则定时器K,值可取510（T1为100ms定时器）。当X001=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，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。

 

                      

2.2逻辑错误检测

 在系统正常运行时，可编程序控制器的输入、输出信号和内部信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以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X001，X002，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被卡死，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的常开触点X001，X002串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继电器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设计，例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对 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。

3结束语

PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关,有此客观因素也影响着控制系统的稳定性.通过采取设计正确的硬件线路、选择质量高的元器件、改善工作环境、编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。

参考文献

（1）    廖常初 . 可编程控制器基础及应用 . 北京：机械工业出版社,2003.

（2）    三菱公司 . FX2系列可编程序控制器使用手册. 2001.

第二篇：维修电工技师论文11

技能鉴定技师论文

论文题目：维修电工技师论文

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维修电工技师论文

• 简介：在现代工业生产中，电动机的应用非常广泛，但是在生产当中电动机因缺相及容量选择不当运行而造成烧毁的事故在生产中占有很大的比例，怎样减少这些问题的出现，全面提高电动机的使用效率，是一个值得认真思考的问题，我根据自己多年的工作实际和有关资料，现提出预防电动机单相运行的措施，仅供参考，不足之处，请提出宝贵意见。 •

关键字：工厂维修 预防措施 电动机容量的选择

电动机单相运行的原因及预防

在现代工业生产中，电动机的应用非常广泛，但是在生产当中电动机因缺相运行而造成烧毁的事故在生产中占有很大的比例，怎样减少这些问题的出现，全面提高电动机的使用效率，是一个值得认真思考的问题，我根据自己多年的工作实际和有关资料，现提出预防电动机单相运行的措施，仅供参考，不足之处，请提出宝贵意见。

一、电动机单相运行产生的原因及预防措施

１、熔断器熔断

⑴故障熔断：主要是由于电机主回路单相接地或相间短路而造成熔断器熔断。

预防措施：选择适应周围环境条件的电动机和正确安装的低压电器及线路，并要定期加以检查，加强日常维护保养工作，及时排除各种隐患。

⑵非故障性熔断：主要是熔体容量选择不当，容量偏小，在启动电动机时，受启动电流的冲击，熔断器发生熔断。

熔断器非故障性熔断是可以避免的，不要片面认为在能躲过电机的启动电流的情况下，熔体的容量尽量选择小一些的，这样才能够保护电机。我们要明确一点那就是熔断器只能保护电动机的单相接地和相间短路事故，它绝不能作为电动机的过负荷保护。

２、正确选择熔体的容量

一般熔体额定电流选择的公式为：

额定电流＝Ｋ×电动机的额定电流

⑴耐热容量较大的熔断器（有填料式的）•Ｋ值可选择1.5～2.5。

⑵耐热容量较小的熔断器Ｋ值可选择４～６。

对于电动机所带的负荷不同，•Ｋ值也相应不同，如电动机直接带动风机，•那么Ｋ值可选择大一些，如电动机的负荷不大，Ｋ值可选择小一些，具体情况视电机所带的负荷来决定。

此外，熔断器的熔体和熔座之间必需接触良好，否则会引起接触处发热，使熔体受外热而造成非故障性熔断。

在安装电动机的过程中，应采用恰当的接线方式和正确的维护方法。

⑴对于铜、铝连接尽可能使用铜铝过渡接头，如没有铜铝接头，可在铜接头出挂锡进行连接。

⑵对于容量较大的插入式熔断器，•在接线处可加垫薄铜片（0.2mm），这样的效果会更好一些。

⑶检查、调整熔体和熔座间的接触压力。

⑷接线时避免损伤熔丝，紧固要适中，接线处要加垫弹簧垫圈。

３、主回路方面易出现的故障

⑴接触器的动静触头接触不良。

其主要原因是：接触器选择不当，触头的灭弧能力小，•使动静触头粘在一起，三相触头动作不同步，造成缺相运行。

预防措施：选择比较适合的接触器。

⑵使用环境恶劣如潮湿、•振动、有腐蚀性气体和散热条件差等，造成触头损坏或接线氧化，接触不良而造成缺相运行。

预防措施：选择满足环境要求的电气元件，防护措施要得当，强制改善周围环境，定期更换元器件。

⑶不定期检查，接触器触头磨损严重，表面凸凹不平，使接触压力不足而造成缺相运行。 预防措施：根据实际情况，确定合理的检查维护周期，进行严细认真的维护工作。 ⑷热继电器选择不当，使热继电器的双金属片烧断，造成缺相运行。

预防措施：选择合适的热继电器，尽量避免过负荷现象。

⑸安装不当，造成导线断线或导线受外力损伤而断相。

预防措施：在导线和电缆的施工过程中，要严格执行“规范”严细认真，文明施工。 ⑹电器元件质量不合格，容量达不到标称的容量，造成触点损坏、粘死等不正常的现象。 预防措施：选择适合的元器件，安装前应进行认真的检查。

⑺电动机本身质量不好，线圈绕组焊接不良或脱焊；引线与线圈接触不良。

预防措施：选择质量较好的电动机。

二、单相运行的分析和维护

根据电动机接线方式的不同，在不同负载下，发生单相运行的电流也不同，因此，采取的保护方式也不同。

例如：Ｙ型接线的电动机发生单相运行时，其电机相电流等于线电流，其大小与电动机所带的负载有关。

当△型接线的电动机内部断线时，电动机变成∨型接线，相电流和线电流均与电动机负载成比例增长，在额定电流负载下，两相相电流应增大1.5倍，一相线电流增加到1.5倍，其它两相线电流增加√３／２倍。

当△型接线的电动机外部断线时，此时电动机两相绕组串联后与第三组绕组并联接于两相电压之间，线电流等于绕组并联之路电流之和，与电动机负荷成比例增长，在额定负载情况下，线电流增大３／２倍，串接的两绕组电流不变，另外一相电流将增大１／２倍。 在轻载情况下，线电流从轻电流增加到额定电流，接两相绕组电流保持轻载电流不变，第三相电流约增加1.2倍左右。

所以角型接线的电动机在单相运行时，其线电流和相电流不但随断线处的不同发生变化，而且还根据负载不同发生变化。

综上所述，造成电动机单相运行的原因无非是以下的几种原因造成的：

１、环境恶劣或某种原因造成一相电源断相。

２、保险非正常性熔断。

３、启动设备及导线、触头烧伤或损坏、松动，接触不良，选择不当等造成电源断一相。

４、电动机定子绕组一相断路。

５、新电机本身故障。

６、启动设备本身故障。

只要我们在施工时认真安装，在正常运行及维护检修过程中，•严格按标准执行，一定可以避免由于电动机单相运行所造成的不必要的经济损失。

三、电动机容量的选择

电动机容量的选择

电动机的选择主要是容量的选择，如果容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机长时间在过载的情况下运行，会过早损坏，同时还可能出现启动困难，经不起冲击负载等。容量选大了，不仅使设备投资费用增加，而且电动机经常在轻载情况下运行，运行效率和功率因数（对异步电动机而言）都会下降。电动机容量的选择应根据以下三项原则进行。

１、发热 电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高温度等于或者小于电动机绝缘允许的最高温度。

２、过载能力 电动机在运行时必须有一定的过载能力。即所选电动机的最大转矩或最大允许工作电流必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩和最大负载电流。

３、启动能力 由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般比较小，所以电动机必须有可靠的启动负载转矩。

四、结束语

只要我们在日常的生活生产中加强对于电气设备的维修及保养，勤巡检、勤发现、勤动脑、勤思考，认真对待出现的问题，对于电动机选型方面，严格对待慎重分析，相信像上述所出的问题都会避免。这样不仅对于企业来说可以减少不必要的投资费用以及因设备故障所造成的经济损失，而且对于我们自身素质和实际能力及水平的提高都会相应的提高。