PLC控制技术应用浅析.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 1 年第4 期 总第1 0 3 期 P L C控制技术应用浅析 王华 兖矿集团 机电设备制造厂，山东 邹城 2 7 3 5 0 0 摘 要 目 前， P L C在国内外已 广泛应用于煤炭、 钢铁、 石油、 化工、 电力、 建材、 机械制 造、 汽车、 轻纺、 交通运输、 环保及文化娱乐等各个行业 ， 成为工业控制领域的主流控制设备 ， 是控制设备的核心。 关键词P L C控制技术 ； 干扰 ； 解决措施 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 “ 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 1 0 4 0 0 6 8 0 3 1 P L C概 述 P L c 一即可 编 程 控 制 器fP r o g r a m m a b l e l o g i c C o n t r o l l e r ， 是在继电器控制和计算机控制的基础上 开发 出来 的， 并逐渐 发展成为 以微处理器为核心， 把 自动化技术、 计算机技术和通信技术融为一体的新 型工业 自动 控制装置 。P L C技术 自上世纪 7 0年代 被发 明应 用 以来 ， 经过 不断地 创新发 展 ， 已经被广 泛 的应 用于 各种生 产机械 和生产 过程 的 自动 控制 中， 成为一种最重要、 最普及、 应用场合最多的工业 控制装置 ，被公认为现代工业 自动化的三大支柱 P L C、 机器人 、 C A D ／ C A M 之一 。 P L C控制技术之所以能够发展如此迅速 ，除了 工业 自动化的客观需要外 ， 主要是因为其具有许多 独特 的优点 。能较好的解决工业领域 中普遍关心 的 可靠 、 安全灵活 、 方便 、 经济等诸多 问题 。 其主要特 点如下 1 ． 1 可靠性高、 抗干扰能力强 可靠性高、 抗干扰能力强是 P L C最重要的特点 之一。P L C的无故障时间平均可达几十万小时。硬 件方面 ， 输入 、 输 出通道采用光 电隔离 ， 有效 的抑制 了外部干扰 源对 P L C的影响 ； 供 电电源及线路采用 多种形式 的滤波 ， 从而消除或抑制高频干扰 。软件 方面， P L C采用扫描工作方式 ，减少了由于外界环 境干扰引起故障， 使用监控定时器用于监视执行用 户程序的专用运算处理器 的延迟 ， 保证在程序 出错 和程序调试时，避免因程序出错而出现死循环。 1 ． 2 应用灵活 、 编程方便 、 操作简单 模块化 的设计方式 ， 使用户 能根据 自己控制系 统的大小 、 工 艺流程 和控 制要求等选 择 自己所需 的 极管击穿等原因造成短路 ， 这一故障通过在分线盘 测得 的数据可直接判断 ， 处理方法是到现 场进行确 认测量。另一类是比较常见的断路故障， 有可能有 以下原因造成的 电缆被破坏造成断路 、 转辙机接 插件接触 不 良、转辙机 自动开 闭器接点 接触不 良、 移 位接触 器接 触不 良、配线 断或各 种端 子接触 不 良。查找具体故障点时， 用电压法进行查找。 3 结 论 上述是多年工作经验 的总结 ，基本上概括 了道 岔控制 电路中常出现的故障 ， 并给出了相应的处理方 法。 尤其一些技巧的应用 ， 在处理过程中， 不仅能够较 少避免因配合带来的失误，还能够提高我们处理故 障的准确率和速度。在实际工作中， 灵活运用上述 方法 ， 将会在故障应急处理中起到很大的作用。当 然 ， 由于每个站场 的差异 ， 环境 的不 同 ， 本文涉及到 的一些参数有可能与实际情况有些小的出入 ， 仅供 参考， 不完善的地方， 望与大家共同探讨学习。 参考文献 [ 1 ] 袁成华． 信号设备 故障分析 与处理． 中国铁道 出 版社 ， 2 0 0 6 1 9 2 2 0 5 ． 作者简介 [ 1 ] 邱波 ， 男， 本科 学历 ， 兖矿 集团铁路运 输处助理 工程 师 。 【 2 】岳 宗祥 ， 男， 毕业于上海铁道大学信 号 自动控制 专业， 现在兖矿集团铁运处从事安监工作。 责任编辑 彭蓬 ；收稿 日期 2 0 1 1 3 - 1 7 Ab s t r a c t Un d e r t h e g u i d a n c e o f t h e o r y ， t h r o u g h l o n g p r a c t i c e ， we a n a l y s i s t h e c o mmo n f a u l t s o f f o u r - wi r e c o n t r o l c i r c u i t s w i t c h e s， an d s u m- ma r i z e a s e t o f r e l a t e d f a u l t h a n d l i n g me t h o d s a n d t e c h n i q u e s ． At wo r k ， i f t h e c o l T e c t u s e o f t h e s e me t h o d s a n d t e c h n i q u e s ， w e w i l l g r e a t l y i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t r e a t me n t r e l a t e d f a i l u r e s a n d s p e e d ， a s we l l a s the p r o f e s s i o n a l q u ali t y o f e mp l o y e e s ． Ke y wo r d s f o u r - wi r e s wi t c h f a i l u r e a n aly s i s t r e a t me n t 6 8 - 煤矿现代化 2 0 1 1 年第4 期 总第1 0 3 期 P L C扩展模块进行资源配置和编程。P L C主要采用 梯形 图语言编程 ，梯形 图与 电气控制线路 图相似 ， 形象 、 直观， 普通工程技术人员经过简单培训就可 以实现独立操作编程。 1 ． 3 环境要求低 、 体积小 、 重量轻 P L C抗粉 尘 、 抗冲击 、 抗干扰 ， 适用于 恶劣 的工 业环境 ， 由于采用 微 电子技 术设计 ， 因此 它具有体 积小 、 重量轻等特点 。 2 P L C应用 中需要注 意的 问题 P L C是 目前为止应用最为广泛 的工业生产 自动 化控制的设备， 集成了信号运算、 控制执行等功能。 尽 管有如上所 述 的可靠性 高 ，抗干扰 能力 强等特 点 ， 但在生产环境 比较恶劣 ， 供电质量不 高 ， 电磁干 扰强 ， 或安装使用 不 当等情 况发生 时 ， 就 可能造成 P L C运行不稳定 ，从而产生错误的信号输出，这将 会造成设备 的失控或事故 。 要提高 P L C控制系统可 靠性 ， 一方面要求 P L C生产厂家选用质量高 、 电气 性能稳定 的电器元件 ， 并在 P L C内部本身做好抗 干 扰技术 ； 另一方 面 ， 要求 P L C控制系统设计 、 安装 和 使用维护时注意外部干扰源对 P L C的干扰 ， 采取一 些措施有效地增强系统 的抗干扰性 能。因此在使用 中应注意以下问题 2 ． 1 工作环境 2 ． 1 ． 1环境 温度 适 合 通常情况下 P L C要求工作 在环境 温度 0 ～ 5 5 ℃ 之 间 ， 安装时不 能放在发 热量大 的元 件下 面 ， 四周 通风散热 的空 间应 足够大 ，如果控制柜温度太 高 ， 应该在柜内安装散热风扇 ， 向外散热 。 2 ． 1 ． 2环境 湿度 合 适 为 了保证 P L C的绝缘 性能 ， 空气 的相对湿度一 般要求小于 8 5 ％ 无凝露 。湿度太大 ， 容 易影 响模 拟量输入 ／ 输 出的精度 。 因此 ， P L C应该安装在通风 干燥的场所 ， 不能在结露 、 雨林 的场所使用 。 2 ． 1 ． 3注意抗震 防护 P L C在使用时， 应尽量在平静， 没有震动的环境 中使用， 以防造成接线或元器件插接松动， 当使用 环境 不可避免震 动 时 ， 必 须采取减 震措施 ， 如采用 减震胶等。 2 ． 1 ． 4空 气质 量 适 合 避免在有较多粉尘、 有腐蚀和易燃的气体中使 用， 例如氯化氢、 硫化氢等。如果必须在这种特殊环 境 中使用的话 ， 可将 P L C安装 在封 闭性较好 的控制 室或控制柜 中 ， 同时做好 P L C的散热工作 。 2 ． 1 ． 5电 源稳 定 目前为止 ， P L C对于供 电电源带来的干扰具有一 6 9 定的抵制能力 ， 但是为了 P L C系统的工作稳定性 ， 我 们还是要尽量采用电压稳定波动小的供电电源。 2 ． 2 控制系统中的干扰源 在设计使用 P L C控制的设计前期 ，就必须了解 P L C工作现场都有哪些干扰源 ， 其中现场电磁干扰是 P L C控制系统中最易影响系统可靠性 的因素之一。 2 ． 2 ． 1 干扰 源及 一般 分 类 影响 P L C运行稳定的干扰源 ， 大都产生在 电流 或 电压剧烈变化的时候 ， 其原 因是 电流改变产生磁 场 ， 对设备产 生电磁辐射 ； 磁场改变产生电流 ， 电磁 高速产生电磁波 。通常电磁干扰按干扰模式 不同 ， 分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地 的 电位差 ， 主要是 由地 电位差及空间 的电磁辐射在信 号线上的电压叠加而形成 的 ， 这种共模干扰存在直 流干扰和交 流干扰 ， 这种 电压干扰在不对称 电路 中 可转换成差模 电压 ，对 P L C内部元器件 造成损坏 。 例如 ， 造成出入 ／ 输出模块损坏 ， 使 P L C无法得到 正常的检测信号。差模干扰是作用在信号两极间的 干扰电压， 主要是由于周围电磁场在信号问耦合感 应或不平衡 电路转换共模 干扰形成 的电压信号 ， 如 果这种干扰作用在 P L C模拟量采集或输出信号上， 会造成 P L C模拟量测量和控制精度的降低。 2 ． 2 ． 2 P L C系统 中干扰 的主要来 源及途径 1 供 电电源 干扰 。P L C系统的供 电电源一般 都会采用 电网供 电方式 。由于电网覆盖范 围广 ， 极 易受 到所有 空间电磁 干扰 ，而在线路上感应 电压 尤其在大型的厂矿企业 中， 电网中的大型电力设备起 停、 交直流传动装置引起的谐波、 电网短路暂态冲击 等都会对电网的纯净度产生影响， 这些影响最终都会 传导到 P L C上去。 2 P L C控制柜 内部的干扰 。在我们设计制作 P L C控制 系统 的时候 ， 不可能 为 P L C单元 设计单独 的安装柜 ，所 以 ， P L C 自然会和其它一些高压 电器 元件 ， 大的电感性负载安装在一起。 例如 在 P L C控 制的变频系统 中 ，变频器不可避免的会安装在 P L C 附近 ，变频 器在运行 的过程 中产生 的高 次谐波 ， 以 及输 出产生 的电磁辐射 ， 都会影响到 P L C运行 时的 稳定性 。 3 由信号线引入的干扰。与 P L C连接的各类 信号传输线， 在起到 P L C采集各种需要的信号作用 的同时 ，也会有一部分外 部干扰信号掺杂 在里 面。 主要有两种途径 一是通过 变送器供 电电源或共用 信号仪表的供电电源串入的电网干扰； 二是信号线 受空间电磁 辐射感应 的干扰 ， 即信号线上 的外部感 应 干扰 。这种引入干扰会引起 P L C输 入 ／ 输出信号 工作异 常和模 拟信号测量精度大大降低 ， 严重时将 煤矿 现代化 2 0 1 1 年第4 期 总第1 0 3 期 引起元器件损伤。 3 接地系统不可靠时 的干扰 。 良好 的接地是 提高电子设备电磁兼容性 E M C 的有效手段之一。 正确的接地方式 ，不仅能抑制电磁干扰的影响， 还 能抑制设备向外发出干扰 ；而错误的接地方式 ， 不 但不会起到降低干扰的作用 ， 反而会引入更严重的 干扰信号， 使 P L C控制系统无法稳定运行。 4 P L C系统 内部元器件 的互相干扰 。主要 由 P L C内部元器件及 电路间的相互 电磁辐射产生 。众 所周知， 凡是电子元器件， 不管是功率大小， 只要通 电工作会不 同程度 的产生 电磁辐射 ， 像 P L C这种体 积小 、 集成化程度高的电子产品， 其内部元器件之 间的干扰更是不可避免 ， 如逻辑电路相互辐射及其 对模拟 电路 的影 响 ， 模拟地与逻辑地 的相互 影响及 元器件 间的相互不匹配使用等 。 2 ． 2 ． 3主 要 抗 干扰 措 施 1 电源的合理处理， 抑制电网引入的干扰。 电源 干扰时进入 P L C的主要途径。P L C系统的电源有两 类 外部电源和内部电源。由于 P L C得输入 ／ 输出电 路都具有滤波、 隔离功能。 所以相对来说， 外部电源对 P L C性能的影响不大。 主要还是内部电源对 P L C的影 响 ， 内部电源质量的好坏 ， 直接影响到 P L C运行 的稳 定性。因此 ， 为了保证 P L C的正常工作 ， 一般 P L C内 部电源都采用开关式稳压电源或缘边带低通滤波器 的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合， 应该用带屏蔽层的隔离变压器对 P L C系统供电。 2 合理 的布线 ， 也 能够避 免外 部 因素对 P L C 的干扰 。输入 ／ 输出线 、 动力线 、 及其他控制线应分 开走线 ， 尽量不要在 同一个 线槽 中走线 。开关量 与 模拟量的信号线最好分开走线， 对于传输模拟信号 的信号线应尽量采用带屏 蔽层的线缆 ， 并 且屏蔽层 要可靠接 地。P L C的基本单元 与扩展单元之间传送 的信号小、 频率高， 很容易受到干扰 ， 尽量不要与其 它的连接线 同时敷设在同一个线槽 内。 3 正确选择接地点 ， 完善接地 系统。良好的接 地时 P L C安 全可靠 运行 的重要 条件 。为 了抑制干 扰， P L C一般最好单独接地，与其它设备分别使用 各 自的接地装置。接地线应尽量短， 使接地点尽量 靠近 P L C， 同时 ， 接 地 电阻要 小于 1 0 0 Q， 接地 线 的 截面积应大于 2 m m 2 。 4 对变频器干扰的抑制 。 关于变 频器 的抗干扰处 理应采 取 以下几种 方 法 首先 ，在变频器的输入电源侧加隔离变压器 ， 隔离变压器 的作用就是把电源侧的杂讯减 小 ， 减少 变频器输入侧电源传导过程中的干扰， 达到净化电 源的目的。其次 ， 使用滤波器， 滤波器对不同频率的 信号有不同的作用 在通带内使信号受到很小的衰 减而通过 ； 在通带与阻带之间的一段过渡带使信号 受到不同程度的衰减 ； 在阻带内使信号受到很大的 衰减而起到抑制作用 。所 以波器具有较强 的抗干扰 能力 ，也能防止将变频器本身的干扰传导给电源。 第 三使用输 出电抗 器 ， 将 电抗器接在变频器 与电动 机之间 ， 主要作用是降低主电源谐波 、 浪涌和峰值 电流； 提高低频传导抗干扰性 ； 保护驱动机构的电 力电子元件 ； 提高功率因数 ； 防止主电源的电压尖 脉 冲引起 的跳 闸。 3 结束语 在有 P L C控制的系统中 ， 干扰是一个非 常复杂 的问题 ， 工业生产过程中产生的各种干扰信号都会 影响到 P L C的稳定运行 。因此 ， 我们在设计制作 以 P L C为基础的控制系统时 ，一定要综合考虑各方面 的因素 ，合 理有 效 地采 取相 应措 施 抑制 干扰 ， 使 P L C控制系统运行在一个稳定的工作状态下，发挥 P L C控制系统 的工业优势。随着 P L C应用领域的不 断扩展，如何使 P L C控制系统更好更稳定的运行 ， 成为设计制作该系统 时的重要考虑 因素 。随着科学 技术的不断进步 ， P L C产 品的会越来 越丰富 、规格 种类更加 齐全 ，我们 必须深入 地 了解 掌握 P L C原 理 ， P L C的使用 条件 ，使 P L C在工业控制领域发挥 越来越大的作用。 参考文献 【 1 】 李建兴． 可编程序控制 器应 用技 术． 机 械工 业 出 版 社 ． 2 0 0 4 ． 【 2 】 张宏林 ． P L C应 用 开发技 术 与工程 实践 第 2 版 ． 人 民邮电 出版社。 2 0 0 8 ． 收稿 日期 2 0 1 1 2 1 9 Br i e f a n a ly s i s o n a p p l i c a t i o n o f PL C c o n t r o l T e c h n o l o g y Wa n g Hu a Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r e F a c t o r y o f Ya n k u a n g Gr o u p Ab s t r a c t A t p r e s e n t ， t h e P L C t e c h n o l o g y h a s b e e n w i d e l y u s e d i n V O U S i n d u s t ri e s s u c h a s c o a l m i n i n g ， s t e e l ， p e t r o l e u m， c h e m i c al s ， e l e c t ri c i t y ， c o n s t r u c t i o n ma t e ria l s ， ma c h i n e r y ma n u f a c t u r e ， v e h i c l e ， t e x t i l e ， t r an s p o r t a t i o n ， e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n an d e n t e r t a i n me n t ． Eq u i p me n t w i t h P L C a s t h e c o r e h e a d h a s b e c o me t h e d o mi n a n t c o n t r o l e q u i p me n t i n i n d u s t ri a l c o n t r o l d o ma i n ． Ke y wo r d s P L C c o n t r o l t e c h n o l o gy ， i n t e r v e n e ， r e s o l u t i o n me a s u r e s 7 0