2023年基于PLC控制系统特点及应用注意事项.doc

PLC控制系统可靠性研究 PLC由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。 工业年月机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接存放器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。 关键词：PLC；控制系统可靠性研究；干扰源；电磁兼容性 目录 1 绪论 5 1.1 课题研究背景及目的 5 1.2 课题研究方法 5 1.3 论文主要内容 5 2 PLC与控制系统 6 2.1 认识 PLC 6 2.2 PLC的应用领域 6 2.3.1 开关量逻辑控制 6 2.3.2 工业过程控制 7 2.3.3 运动控制 7 2.3.4. 数据处理 7 2.3.5. 通信及联网 7 2.4 PLC的组成 8 2.4.1 硬件的组成 8 2.4.2 软件的组成 10 2.4.3 PLC系统软件与工作过程 10 3 基于PLC控制系统特点及应用本卷须知 12 3.1 的应用特点 12 3.2 PLC在实际应用中需注意的问题 13 4.1 干扰源及一般分类 14 4.2 PLC控制系统抗干扰分析 15 4.2.1 干扰源及一般分类 15 4.2.2 PLC系统中干扰的主要来源及途径 15 4.3 主要抗干扰措施 16 4.3.1 电源的合理处理，抑制电网引入的干扰 16 4.3.2 安装与布线 17 4.3.3 I/O端的接线 17 4.3.4 正确选择接地点，完善接地系统 18 4.3.5 对变频器干扰的抑制 19 1 绪论 1.1 课题研究背景及目的 随着科学技术的开展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。 而本文研究的目的就在于，去发现干扰源，并针对干扰源进行有效的措施，让机器在运行时能够更加安全、稳定。 1.2 课题研究方法 本课题的研究方法以发现问题——分析问题——解决问题的思路进行分析、总结。 1.3 论文主要内容 本文主要进行对PLC控制系统的可靠性进行分析研究，通过发现干扰源，然后对干扰源进行相关措施解决方案 2 PLC与控制系统 2.1 认识 PLC PLC的全称为Programmable Logic Controller.它是微机急速与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其根本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格廉价等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应用于工业控制计算机中的一类。 对于用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改编程序可改变生产工艺，一次如果在初步设计阶段就选用可编成控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。多年来，可编程控制器〔以下简称PLC〕从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。 参考文献 魏志精.可编程控制器应用根底[M].电子工业出版社. 2.2 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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，使用情况 2.3 主要分为如下几类： 2.3.1 开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.3.2 工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量〔即模拟量〕，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 2.3.3 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.3.4. 数据处理 PLC具有数学运算〔含矩阵运算、函数运算、逻辑运算〕、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 2.3.5. 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的开展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便 2.4 PLC的组成 2.4.1 硬件的组成 PLC控制系统的硬件是由PLC，输入/输出〔I/O〕电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要局部简要介绍。 〔1〕主控模块 除了早期生产的整体式PLC〔PLC的各个不见都在同一机壳内〕外，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构〔PLC的各个部件独立封装，称之为模块〕。在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块〔也称CPU〕，它包括：CPU，存储器，通信接口等局部。 ①CPU：CPU是PLC的控制中枢，它由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。运算器那么是进行逻辑，算术等运算部件。PLC在CPU的控制下使整个机器有条不紊的协调工作，以实现对现场各个设备的控制。CPU的具体作用如下： 执行接受，存储用户程序的操作指令。 用以扫描方式来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。 执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。 响应外部设备〔如编程器，打印机〕的请求。 PLC中所采用的CPU随机型的不同而不同，通常有3种：通用微处理器〔如8086，80286，80386等〕，单片机芯片，位片式处理器。一般来说，小型PLC大采用8位微处理器或单片机作为CPU，如Intel8086，Inter96系列单片机，具有集成度高，运算速度快，可靠性高等优点。如日本欧姆龙公司生产的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生产的MC68B09的CPU芯片。这是一种增强型8位微处理器。对大型PLC，大多采用高速位片式微处理器，它具有灵活性强，速度快，效率高的优点。 目前，一些厂家生产的PLC中，还采用了冗余技术，即采用双CPU或三 CPU工作，进一步提高了系统可靠性。采用冗余技术可使PLC的平均无故障工作时间达几十万小时以上。 ②存储器：PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。 系统程序存储区：采用PROM或EPROM芯片存储器。它是由生产厂家直接存放的，永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和PLC的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这局部存储器的程序。 存储器区：工作数据是PLC运行过程中经常变化的，需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器RAM。数据存储区包括输入，输出数据映象区，定时器/计数器预置和当前数值的数据。 用户程序存储区：用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用EPROM或EEPROM存储器，用户可檫写重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量。通常，小型机小于8KB，中型机小于50KB，而大型机可以在50KB以上。 ③通信接口：主控模块通常有一个或一个以上的通信接口〔简称通信口〕，用以与计算机，编程器相连，实现编程，调试，运行，监视等功能。 〔2〕输入/输出模块 PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220V交流输入/输出模块。还有智能模块，它本身带CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。 〔3〕电源模块 该模块将交流电源转换成供CPU存储器所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供应中心。它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。目前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就防止了因外部电源不合格而引起的外部故障。 I/O电路 PLC的根本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象〔需要进行控制的机器，设备和生产过程〕进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向PLC送控制指令。输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被孔对象执行控制任务。 PLC外围设备 PLC的外围设备很多，但根本功能不外乎对信息和数据的处理。常用的有编程器，可编程终端，打印机，条码读入机等等。编程器PLC的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器。因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。可编程终端是具有I/O功能的PLC人机界面产品。人可以通过触摸屏幕将信息输入PLC中同样可编程终端也可以将PLC的输入数据和信息显示在屏幕上。 2.4.2 软件的组成 PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个局部组成。 2.4.3 PLC系统软件与工作过程 PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。在系统软件的支持西，PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。 值得注意的是在继电器控制系统中，一个继电器的线圈被接通或断开，继电器的所用触点〔常开触点和常闭触点〕都会立即动作。但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到〞线圈〞的触点时，才会动作，没有扫