提高煤矿自动化设备PLC系统可靠性的研究.pdf

第 2 9卷第 3期 2 O 0 8年 3 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e 1 V 0 J ． 2 9 N o． 3 Ma r ．20 08 提高煤矿 自动化设备 P L C系统可靠性的研究 于亚征 。李泰 1 ． 焦作大学，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ；2 ． 商丘职业技术学院，河南 商丘 4 7 6 0 0 0 摘要 P L C系统易受到恶劣环境 、 电磁干扰或安装使 用不 当等 因素影响。提 高 P L C应用 系 统可靠性对提 高劳动 生产率、 有效利用资源和减 少能耗、 提 高煤矿 生产安全、 改善 劳动条件 有重要 作 用 。 关键词P L C ；矿井；可靠性 中图分类号 T P 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 0 3 0 1 6 5 0 3 En ha n c e s Co a l M i n e Au t o ma t i c Eq u i p me n t P L C S y s t e m Re l i a b l e Re s e a r c h YUY a z h e n g 。L IT a i 2 1 ． J i a o z u o U n i v e r s i t y 。 J a o z u o 4 5 4 0 0 0 C h i n a ； 2 ． S h a n g q i u V o c a ti o n a l a n d T e c h n i c al C o l l e g e 。 S h a n g q i u 4 7 6 0 0 0 。 C h i n a Ab s t r a c t P L C s y s t e m e a s i l y b e r e c e i v e d t h e a d v e r s e c i r c u ms t a n c e，t h e e l e c t r o ma g n e t i c i n t e rfe r e n c e o r i n s t a l l s t h e u s e n o t wh e n a n d S O o n the f a c t o rs a f f e c t ，e n h an c e s the P LC a p p l i c a t i o n s y s t e m rel i a b i l i t y t o e n h an c e the l a b o r p r o d uc t i v i t y，e f f e c t i v e l y u s i n g the res o u rce s an d the r e d u c ed e n e r g y c o n s u mp t i o n，e n h an c e s the c o al mi n e p r o d u c t i o n s afe t y，t h e i mp rov e me n t wo r k c o n d i t i o n h as the v i t al rol e． Ke y wo r d s P L C；mi n e ；r e l i ab i l i t y 0 引言 境恶劣 ， 电磁 干扰强 ， 可能使 P L C接收到错误 的信 煤矿生产过程用 的 P L C是一 种数字运 算操作 号 ， 造成误动作 ， 或使 P L C内部的数 据丢失 ， 严重 时 的电子系统 ， 它采用可编程序的存储器 ， 用来在其 内 甚至会使系统失控 ， 所 以在使用时应采取相应 的可 部存储执行逻辑运算 、 顺 序控制 、 定时 、 计数和算术 靠性措施 ， 以消除或减少干扰的影响 ， 保证系统的正 运算等操作 的指令 ， 并通过数字式 、 模拟式 的输入和 常运行 。 输出， 完成开采 、 掘进 、 运输 、 提升等基本过程 ， 并完 1 P L C的基本结构 成通风 、 排水 、 人员与材料运输等辅助过程 。工作环P L C主要 由 C P U模块、输 出模 块 和 编 程器 组 s ≈ 粤 s 斗s { 方面还存在着较大 的局 限性 ， 许 多是 以三 角 B e z i e r 曲面为基础 的， 在转换过程 中不可避免地会 丢失一 些信息 ， 产生误差 ， 并且它们对曲面的修改和控制能 力都有不足 ， 限制 了实际应用 。建模过程主要 依靠 人工干预， 设计精度不够高 ； 集成化程度低等 问题。 使用 P ro／ E、 U G等软件读 取点云数 据时 ， 会 造成数 据庞大的问题。一般 可采用几种软件配套使用 、 取 长补短的方式 。 逆向工程与网络的协同设计和数字化技术的集 成 ， 近年迅 速发展起 来 的 P B R p o i n t b ased r e n d e r i n g ， 基于点的绘制 和 P B M p o i n t b ased m o d e l i n g ， 基 于点的造型 技术为大规模数据 的实时绘制与造型 开辟了新途径 ， 大大推动 了逆向工程 的集成化进程。 4结语 逆向工程是一项开拓性 、 实用性和综合性很强 的技术 ， 逆向工程技术 已经广泛应用到新产品的开 发 、 旧零件的还原以及产品的检测 中， 它不仅消化和 吸收实物原型 ， 并且能修改再设计 以制造 出新 的产 品。本文基于逆 向工程技术 ， 成功地对汽车车身造 型进行 了设计开发 ， 大大缩短 了设计周期。但 同时 设计过程 中系统集成化程度 比较低 ， 人工干预 的比 重大 ， 将来有望形成集成化逆向工程系统 ， 以软件 的 智能化来代替人工干预的不足。希望本文的探讨能 够为这方面的工作 提供有价值的参考。 参考文献 [ 1 ] 荣辉 ， 何耀华 ．U G软件在逆 向工程 中的应 用 [ J ] ．C A D ／ C A M 与制 造业信息化 ，2 0 0 5 6 5 05 2 ． [ 2 ] 王海根 ． C i m a t r o n软件 在逆 向工 程 中的应 用 [ J ] ．机 械研 究与 应 用 ， 2 0 0 5 ，1 8 3 1 0 5 1 0 6． [ 3 ] 季峰 ， 杨继全 ． 基 于逆向工程的汽车前盖 再设计研究 [ J ] ． 中国制 造业信息化 ， 2 O O 7 ， 3 6 7 4 64 9 ． [ 4 ] 李学忠 ， 刘海岷 ， 赵 险峰 ．基于逆 向工程 的汽车模 型三维 造型设 计 [ J ] ． 农业装 备与车辆工程 ， 2 0 0 7 ， 1 8 8 3 3 83 9 ． 作者简介 李彬 1 9 7 5一 ， 女 ， 湖北 武汉 人 ， 讲 师， 硕士 ， 2 0 0 4年 毕业于华南理工大学 机械设 计专 业 ， 从事 机 电教学 ， 电子 信箱 p u r p l e mu z i 1 6 3 ． c o m． __。 1 65。_。 收 稿 日期 2 0 0 7 ． 0 8 2 1 维普资讯 N 0 1 握直 自动化 备P L C系统可靠性的研究于亚征， 等 第 2 9 卷第3 成， 如图 1 所示。有的 P L C还可以配备特殊功能模 块， 用来完成某些特殊任务。 按钮 选择开关 限位开关 电源 图 1 P L C控制 系统 示意 图 1 C P U模块 C P U模块主要由微处理器 C P U芯片 和存储器 组成。它不断采集输入信号， 执行用户程序， 刷新系 统的输出； 存储器用来储存程序和数据。 2 1 ／ 0模块 输入模块和输出模块简称为 I ／ 0模块 。输入模 块用来接收和采集输入信号， 开关量输入模块用来 接收从按钮、 选择开关、 数字拨码开关 、 限位开关 、 接 近开关、 光电开关、 压力继电器等过来的开关量输入 信号； 模拟量输入模块用来接收电位器、 测速发电机 和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、 电压 信号。开关量输出模块用来控制接触器、 电磁阀、 电 磁铁、 指示灯、 数字显示装置和报警装置等输出设 备， 模拟量输出模块用来控制调节阀、 变频器等执行 装置 。 C P U模块 的工作 电压一般是 5 V， 而 P L C的输 入输出信号电压一般较高， 如直流 2 4 V和交流 2 2 0 V 。从外部 引入 的尖峰 电压 和干扰 噪声可 能损坏 C P U模块中的元件， 或使 P L C不能正常工作。在 I ／ 0模块中， 用光耦合器、 光电晶闸管、 小型继电器等 器件来隔离 P L C的内部 电路和外部的 I ／ O电路 ， I ／ O 模块除了传递信号外， 还有电平转换与隔离的作用。 3 编程器 编程器用来生成用户程序 ， 并用它进行编辑 、 检 查 、 修改和监视用户程序 的执行情况。手持式编程 器不能直接输入和编辑梯形 图， 只能输入和编辑指 令表程序， 因此又叫做指令编程器。它的体积小， 价 格便宜， 一般用来给小型 P L c编程， 或者用于现场 调试 和维护。 使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成 和编辑梯形图、 指令表、 功能块图和顺序功能图程 序 ， 并可 以实现不 同编程语 言的相互转换。程序被 编译后下载到 P L C， 也可以将 P L C中的程序上传到 计算机 。程序可以存盘或打印， 通过网络 ， 还可以实 现远程编程和传送。 4 电源 P L C 一般使用 2 2 0 V交流电源或 2 4 V直流电 源。内部 的开关电源为各模块提供 D C 5 V、 1 2 V、 2 4 V等直流电源。小型 P L C一般都可以为输入电路和 外部的电子传感器 如接近开关 提供 2 4 v直流电 源 ， 驱动 P L C负载的直流电源一般 由用户提供。 2 提高 P L C应用系统可靠性的措施 1 对 电源的处理 电源是干扰进入 P L C的主要途径之一 ， 电源干 扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的， 各种大 功率用电设备是主要的干扰源。在干扰较强的矿井 里 ， 可以在 P L C的交流电源输入端加接带屏蔽层的 隔离变压器和低通滤波器 见 图 2 隔离变压器可以 抑制从电源线窜入的外来干扰， 提高抗高频共模干 扰能力。屏蔽层应可靠接地。 图 2 低通滤波 电路与隔离变压器 低通 滤波器 可 以吸 收掉 电源 中 的大部分 “ 毛 刺” ， 图中的 L 】 和 用来抑制高频差模 电压 ， 和 是用等长的导线反向绕在同一磁环上的， 5 0 H z 的工频电流在磁环 中产生 的磁通互相抵消 ， 磁环不 会饱 和。两根线 中的共模干扰 电流在磁环中产生的 磁通是叠加的 ， 共模干扰被 和 阻挡 。图 中的 C 和 C 2 用来滤除共模 干扰 电压 ， C 3 用来滤除差模 干扰 电压。R是压敏电阻 ， 其击穿 电压略高于 电源 正常工作时的最高 电压 ， 平 常相 当于开路。遇尖峰 干扰脉冲时它被击穿 ， 干扰电压被压敏电阻钳位 ， 这 时压敏电阻的端电压等于其击穿电压， 尖峰脉冲消 失后压敏电阻可恢复正常状态 。 2 感性负载的处理 感性负载具有储能作用 ， 当控制触点断开时， 电 路中的感性负载会产生高于电源电压数倍甚至数十 倍的反电势 ， 触点闭合时， 会 因触点 的抖动而产生 电 弧 ， 它们 都会对 系统产生干扰。对此可采取 以下措 施 P L C的输入端或输 出端接有感性元件时 ， 对于 直流电路， 应在它们两端并联续流二极管 如图 3 ； 对于交流电路， 应并联阻容电路， 以抑制电路断开时 产生电弧对 P L C的影 响。电阻可 以取 5 1～1 2 0 Q， 电容可 以取 0 ． 1 ～0 ． 4 7 ， 电容额定 电压应大于 电 源峰值电压。续流二极管可以选 1 A的管子， 其额 定 电压应 大于电源 电压 的 2～3倍。为 了减少电动 机和电力变压器投切时产生 的干扰 ， 可在 电源输入 端设置浪涌 电流吸收器。 3 P L C的接地 ---- 1 6 6 ---- 维普资讯 2 9 卷第 3 期 提高煤矿自 动化设备P L C 系缠 塞 二王垩 笠 兰 良好的接地是 P L C安全可靠运行的重要条件， P L C与强电设备最好分别使用接地装置， 接地线的 截面积应大于 2 m m 2 ， 接地点 与 P L C的距 离应小于 5 0 m。 图 3输入， 输 出电路的处理 在发电厂或变电站中， 有接地网络可供使用。 各控制屏和自动化元件可能相距甚远， 若分别将它 们在就近的接地点接地 ， 强 电设备 的接地电流可能 在两个接地点之 间产生较大的电位差 ， 干扰控制系 统的工作。为防止不 同信号 回路接地线上的电路引 起交叉干扰 ， 必须分系统 例 如以控制屏为单位 将 弱电信号的内部地线接通， 然后各 自用规定截面积 的导线统一引到接地网络的某一点 ， 从 而实现控制 系统一点接地的要求。 4 强烈干扰环境中的隔离措施 P L C内部用光耦合器 、 输 出模块 中的小 型继 电 器和光电晶闸管等器件来实现对外部开关量信号的 隔离 ， P L C的模 拟量 I ／ 0模块一般也用光耦合来实 现隔离。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 C P U模块 ， 使 之免受从外 部窜入 P L C的高电压的危害 ， 因此一般没 有必要在 P L C外部再设置干扰隔离器件。 在井下， P L C受到强烈的干扰。由于现场条件 的限制 ， 有时很长 的强电电缆和 P L C的低压控制 电 缆只能敷设在同一电缆沟 内， 强电干扰在输入线上 产生的感应 电压和感应 电流相当大， 足以使 P L C输 入端的光耦合器中的发光二极管发光， 光耦合器的 隔离作用失效， 使 P L C 产生误动作。在这种情况下， 对于用长线引入 P L C的开关量信号，可以用小型继 s s } 电器来隔离。开关柜 内和距开关柜不远的输入信号 一 般没有必要用继 电器来隔离。为 了提高抗干扰能 力和防雷击 ， P L C和计算机之间的串行通信线路可以 考虑使用光纤， 或采用带光耦合器的通信接口。 5 P L C输 出的措施 在负载要求的输出功率超过 P I E的允许值时， 应设置外部继电器 。P I E输出模块内的小型继 电器 的触点小 ， 断弧能力差 ， 一般不能直接用于直流 2 2 0 V电器 中， 必须用 P L C驱动外部的继电器 ， 用外部的 继 电器的触点驱动直流 2 2 0 V的负载 。 3 结 语 煤矿生产的复杂条件给 自动化带来 困难， 必须 从各生产过程采集的有关地质参数 如煤层厚度、 煤 质、 断层等 ， 环境参数 如温度、 风速、 瓦斯浓度等 ， 生产状况 如产量 、 进尺 、 煤仓 、 煤位 、 机械状态等 等 方面的大量信息 ， 通过计算机进行处理分析 ， 才能及 时发现故障， 方便查找故障， 同时利用 F X系列 P L C 的报警器置位 A N S 和报警器复位 A N R 指令来实 现超时检测功能 ， 利用梯形 图程序实现故障的 自我 诊断和 自我处理等措施 ， 来进一步提高 P I C系统运 行的可靠性 ， 及时作 出决策 ， 向有关生产系统发 出控 制指令 ， 或向调度人员提供协调各生产环节的必要 信息 ， 以期达到最佳的经济效果。 参考文献 [ 1 ] 王春梅 ． 基于 M u l ti A g e n t 技术的动态联盟组织模型建模分析工 具研究 [ J ] ． 机械 与制造 ， 2 0 0 2 5 2 32 5 ． [ 2 ] 谢克 明， 夏路易 ． 可编程序 控制原 理与程 序设计 [ M] ． 北 京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 2． [ 3 ] 李东星． P I C 1 6 C T 1 1 系列单片机原理[ z ] ． 福州 福州高奇电子科 技有限公司 ， 1 9 9 4 ． [ 4 ] 刘俊峰 ， 赵尔宁 ． 可靠性 工程原理 在 电子 系统 中的应用 [ J ] ． 微 计 算机信息 ， 2 0 0 5 4 2 1 22 1 3 ． 作者简介 于亚征 1 9 7 4一 ， 河南 焦作人 ， 焦作 大学讲 师 ， 硕 士 研究生， 主要从事计算机应用技术开发， 电子信箱 r m j z y y z 1 2 6 ． t o m． 收稿 日期 2 0 0 7 ⋯ 1 1 1 9 s 寻 本 刊 声 明 煤矿机械 月刊从 2 0 0 6年第 1 期开始， 以每 1 期为相应的期次、 卷期记录出版次序。1 9 8 0年创刊至今已有 2 8 年， 每年划 为 1 卷， 2 0 0 8 年为第 2 9 卷。 1 9 8 0年 1 ～2期为第 1 卷 1 9 9 1 年 1 ～6 期为第 1 2卷 2 0 0 1 年 1 ～1 2 期为第 2 2 卷 1 9 8 1 年 1 ～6期为第 2卷 1 9 9 2年 1 ～6 期为第 1 3卷 2 O O 2年 1 ～1 2 期为第 2 3 卷 1 9 8 2年 1 ～6期为第 3 卷 1 9 9 3年 1 ～6 期为第 1 4 卷 2 0 0 3年 1 ～1 2 期为第 2 ， 4 卷 1 9 8 3年 1 ～6期为第 4卷 1 9 9 4年 1 ～6 期为第 1 5卷 2 0 0 4年 1 ～1 2 期为第 2 5 卷 1 9 8 4年 1 ～6期为第 5卷 1 9 9 5年 1 ～6 期为第 1 6卷 2 0 0 5年 1 ～1 2 期为第 2 6 卷 1 9 8 5年 1 ～6期为第 6卷 1 9 9 6年 1 ～6 期为第 1 7 卷 2 O O 6年 1 ～1 2 期为第 2 7 卷 1 9 8 6年 1 ～6期为第 7卷 1 9 9 7年 1 ～6 期为第 1 8 卷2 0 0 r 7 年 1 ～1 2 期为第 2 8 卷 1 9 8 7年 1 ～6期为第 8卷 1 9 9 8年 1 ～1 2期为第 1 9卷 2 0 0 8年 1 ～1 2 期为第 2 9 卷 1 9 8 8 年 1 ～6期为第 9卷 1 9 9 9年 1 ～1 2期为第 2 0卷 文章参考文献 以出版年、 卷、 期、 文 1 9 8 9年 1 ～1 2期为第 1 O卷 2 0 0 0年 1 ～1 2期为第 2 1 卷 章页码进行引用。 1 9 9 0年 1 ～1 2期为第 1 1 卷 维普资讯