浅谈PLC控制系统的优化设计.pdf

1 6 轴承技术 2 0 1 1 年第 1 期 浅谈 P L C控制系统的优化设计 实体保持器厂 王德忍 摘要 根据数年来实际工作 中的经验 ， 从 P L C控制系统的设计和编程两个方面， 结合实际运 用 中碰到的问题为例 ， 对 P L C控制系统的优化进行了分析。 关键词 P L C； 梯形 ； 图； 接地 ； 电磁干扰 1 概述 随着 P L C技术的不断成熟 ， 各种应用指令 的不断增加 ， P L C控制技术 已经成为当代实现 工业 自动化控制的主要手段之一。P L C以可靠 性高 、 抗干扰能力强、 适应性强等特点广泛用 于各种控制领域。由于 P L C采用梯形 图进行 编程时与继电器 电路相当接近， 越来越被广大 工程技术人员所接受 ， 用于组合机床 的研发和 旧机床的改造。但在实际应用中， 由于设计 中 的不足造成设备故 障甚至是 P L C硬件 的损坏 而给用户造成损失。那 么如何构建一套完善 的控制系统 ， 具有合理 的工程设计 、 简化 的施 工布线 、 优良的抗干扰能力 、 简易 的使用维护， 笔者将在 P L C控制系统的实际设计和应用过 程中的一些教训经验进行总结整理成文 以供 有关人员参考。 2 P L C控 制系统 的设计原 则及步 骤 2 ． 1 分析生产过程， 绘制继电器控制流程图， 请相关人员确认和审查 ， 确定对控制系统要求 的正确性。 2 ． 2 确定 P L C的输入输 出量 ， 建立 P L C输入 和输 出量的接线图。 2 ． 3 分析中间量 、 定时器 、 计数器及通信等信 息 ， 建立 P L C存储器 的分配表 ， 推导 出每一个 输出量 、 中间量及指令的动作和停止条件。 2 ． 4合理选择 P L C的厂家及型号。主要是看 它能否满足控制要求 ， 再结合 自身的实际情况 选择生产厂家。 2 ． 5 进行 软件设计 ， 编写梯 形 图， 然后调试 P L C， 模拟控制现场环境。 2 ． 6 设计与 P L C配套 的外设如系统控制柜 ， 走线模 式； 完善 P L C的外设 电路 ， 绘制电路原 理 图。 3 编程中的思路及程序的优化 3 ． 1 P L C编程的思路对整个系统使用起着举 足轻重 的作用 ， 好 的思路是在长期实践和实际 应用中不 断总结 中形成 的。但是有一点必须 对 P L C的内部资源进行深入了解。充分掌握 P L C的编程指令 、 数据区和内部辅助继 电器是 开拓设计思路 、 优化程序的根本和前提。 3 ． 2 对所要完成的控制系统应有一个全面的 认识 ， 并与设备操作人员和工艺编制人员进行 充分 的沟通 ， 详细准确的掌握每一个按钮、 开 关及传感器输入信 号的定 义和输 出信号 的先 后顺序及相关联动动作 、 条件等制约因素。 3 ． 3 简化逻辑结构 ， 以增加程序的可读性和提 高程序的运行速度。主要有以下几点 3 ． 3 ． 1 将“ 或逻辑” 的分支尽可能的放在梯形 图左侧 ， 单触点 “ 或逻辑 ” 分支尽可 能放在底 部 。见图 1 和图 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承技术 2 0 1 1年第 1期 1 7 图 1 原 图 图 2 经过调整后的图 3 ． 3 ． 2 将双输 出或多输出分 支中无条件的分 支放于顶部 ， 然后依次递推 。 3 ． 4 程序尽可能的简化 ， 不要照搬继电器逻辑 电路 ； 基 于对设计要 素的深入 了解 ， 充分利用 系统资源 ， 增加一些实用特色设计如简易系统 故障提示等特色设计 ， 从而让 整个系统设 计更 易用 、 更有个性 。 4程序 调试 的方 法 程序调试是整个 软件设计的最后 阶段 ， 必 须综合考虑各项因素后， 逐步、 逐项的一一测 试 ， 以确保软件功能的正确性和完整性。在调 试过程 中， 通过使用一些技 巧和方法， 可 以让 整个调试过程更加顺利。 4 ． 1 逐步逐层输入法 一 般而言， 实 际应用 的软件 系统 ， 都是 由 许多独立的程序模块组合在一起实现 的， 如常 见的机加工设备卡盘多刀半 自动车床 C 7 6 2 0、 C 7 6 3 2等。类似于这样 的系统 ， 可采取输入一 个程序模块 ， 调试一个 ， 调试 成功后再输入调 试 下一个 程序模 块 ⋯⋯ 以此类推直至整个程 序调试成功。 4 ． 2 E N D指令调试法 利用 P L C程序运行的特点 ， 先将整个程序 全部输 入到 P L C中 ， 然 后通 过在程 序 中插 入 E N D指令 ， 一步一步的完成整个程序的调试过 程 。但它只适用于简单的程序。 4 ． 3 软件调试法 现在很多 P L C生产厂家都有配套的 P c编 程软件 ， 如三菱公司的 F XP C S ／ WI N、 G P P W。 这些 P c编程软件本身功能都很强， 可以帮助 程序设计者避免在很多设计 、 录入等过程中的 失误 ， 部分还可以在线调试 ， 十分方便。 5 控制系统的可靠性设计 5 ． 1 P L C的安装控制柜要密封性好 ， 防止无关 杂物 、 粉尘等进 入引起 短路 等故障 ， 要经得起 较大的震动和冲击 ， 一般采取安装防振橡皮等 办法解决。P L C的工作环境要限制温度急剧变 化 ， 一般采取设置轴流风扇、 冷风机等 ， 并设定 温度范围来控制它们 的运转。 5 ． 2 P L C控制柜尽可能的远离高压柜 、 大动力 设备 、 高频设备。P L C控制系统 和 I ／ O系统都 要有 自己的隔离变压器 或滤波 电源 、 开关 电 源等 供电。所有需要接地的地方都要按规定 进行接地如 系统地、 屏蔽地和保护地等 ， 这 样 可以有效屏蔽掉来 自电网的干扰 。 5 ． 3 输 入信号尽量采用屏 蔽 电缆进行连接 。 如果输 入端 带有 负载 时， 尽 量使 用继 电器 中 转 ， 最好采用 开关量进行输 入如按钮 、 接近 开 关等。 5 ． 4 输 出信号统一采用小型控 制继 电器 中转 过渡 大多数 P L C输 出电流仅有几百 mA 提升 P L C自身续流能力 可放 大到 5 A ， 延长 P L C 的使用寿命 ， 各种电路保护措施到位如空气开 下转第 4页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m d 轴承技术 2 0 1 1 年第 1 期 从表 4最后一行可 以看 出 内、 外沟的圆 度 、 波纹度 、 粗糙度平均值 比改进前 均有一定 改善。 上述套圈装配的成品轴承在 S 0 9 1 0测振仪 上检测 ， 其结果见表 5 。 表 5 单位 d B 编号 轴承振动值 平均值 编号 轴承振动值 平均值 1 4 7 48 49 4 8 6 4 5 4 4 43 4 4 2 4 5 4 4 4 4 4 4． 3 7 4 3 44 43 4 3． 3 3 4 4 4 4 43 43． 7 8 4 4 4 4 43 4 3． 7 4 4 6 4 5 45 4 5． 3 9 4 5 46 4 4 4 5 5 4 5 4 3 43 43． 7 1 0 4 4 45 45 4 4． 7 平均值 4 4 ． 6 表 5可以看出 平均值达到 Z 4组 ， 单套看 有 8套轴承达到 Z 4组 ， 占8 0 ％ ， 仅 2套轴承达 到 z 3组 ， 占2 0 ％， 振动值平均比改进前降低了 l 0分贝。随后又经过两批次实验 ， 每批次 2 0 0 套 ， 测振结果和表 5非常接近。通过电机厂试 用 ， 效果 良好 ， 用户很 满意。 目前 已向电机厂 提供多批轴承， 使用后受到用户好评 。 4 结束语 通过对 7 2 1 0 A C M成品轴承 速度 测振分 析 ， 进而对轴承拆套 ， 再对套圈沟道进行 圆度 、 波纹度、 粗糙度检测 、 分析 ， 查找到轴承振动值 大的原因， 并采取一 系列改进工艺措施 ， 最终 使轴承振动值平均降低 l O 分贝， 提高了产品质 量 ， 增强了产品在市场上的竞争力 。 上接第 l 7页 关， 最好做到每一路输出都要配置。而且很多 类型的控制继 电器都 自带浪 涌抑制 回路及动 作指示灯， 也易于 13 后的系统维护和维修。 6 结束 语 P L C产品可靠性高 ， 使用方便 ， 但在实际应 用过程中如何提升控制 系统 的可靠性尤为重 要 。在我们实际应用 中就 曾发生多起未采用 屏蔽电缆产 生 电磁 干扰 造成 P L C误 动作 和 P L C输 出直接驱动 电磁阀造成 P L C端子烧毁 的现象 ， 这些故障都是在更换屏蔽 电缆和加装 控制继电器后消除掉的 ， 而且经过几年 的使用 验证再未出现类 似的故障。程 序编制 的实用 性和艺术性在于系统设计者 自身的经验积累， 控制系统的抗干扰能力很大程度上取决于 P L C 生产商 ， 其 次在于系统设计、 安装施 工及运行 维护中进行全面考虑 ， 并结合实际情况才能得 到合理 的工程设计 、 简化的施工 布线 、 优 良的 抗干扰能力 、 使用维护简易的控制系统， 当然 这也是仁者见仁、 智者见智。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m