PLC在彈簧機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
來(lái)源：本站時(shí)間：2011/12/2 11:42:52
簡(jiǎn)述PLC應(yīng)用及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
摘要:介紹可編程控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用以及PLC在應(yīng)用過(guò)程中,要保證正常運(yùn)行應(yīng)該注意的一系列問(wèn)題,并給出一些合理的建議。
關(guān)鍵詞:PLC 工業(yè)控制 抗干擾 布線 接地 建議
一、簡(jiǎn)述
多年來(lái),可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)從其產(chǎn)生到現(xiàn)在,實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大,實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高,成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前,PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè),使用情況主要分為如下幾類(lèi):
1.開(kāi)關(guān)量邏輯控制
取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
2.工業(yè)過(guò)程控制
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量),PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。
3.運(yùn)動(dòng)控制
PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊,如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。
4.數(shù)據(jù)處理
PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
5.通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,現(xiàn)在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
三、PLC的應(yīng)用特點(diǎn)
1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能,出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,整個(gè)系統(tǒng)將極高的可靠性。
2.配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外,PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
3.易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。
4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì),工作量小,維護(hù)方便,容易改造
PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來(lái),更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。
(2)安裝與布線
● 動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線,隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開(kāi)走線,如必須在同一線槽內(nèi),分開(kāi)捆扎交流線、直流線,若條件允許,分槽走線最好,這不僅能使其有盡可能大的空間距離,并能將干擾降到最低限度。
● PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備,不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載,如功率較大的繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。
● PLC的輸入與輸出最好分開(kāi)走線,開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線,屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地,接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10.
● 交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜,輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線,避免并行。
(3)I/O端的接線
輸入接線
● 輸入接線一般不要太長(zhǎng)。但如果環(huán)境干擾較小,電壓降不大時(shí),輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。
● 輸入/輸出線不能用同一根電纜,輸入/輸出線要分開(kāi)。
● 盡可能采用常開(kāi)觸點(diǎn)形式連接到輸入端,使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致,便于閱讀。
輸出連接
● 輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中,可采用不同類(lèi)型和電壓等級(jí)的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類(lèi)型、同一電壓等級(jí)的電源。
● 由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上,并且連接至端子板,若將連接輸出元件的負(fù)載短路,將燒毀印制電路板。
● 采用繼電器輸出時(shí),所承受的電感性負(fù)載的大小,會(huì)影響到繼電器的使用壽命,因此,使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇,或加隔離繼電器。
● PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾,因此要采取措施加以控制,如直流輸出的續(xù)流管保護(hù),交流輸出的阻容吸收電路,晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。
四、PLC應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題
PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而,盡管有如上所述的可靠性較高,抗干擾能力較強(qiáng),但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣,電磁干擾特別強(qiáng)烈,或安裝使用不當(dāng),就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤,從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出,這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作,從而不能保證PLC的正常運(yùn)行,要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視,多方配合才能完善解決問(wèn)題,有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題:
1.工作環(huán)境
(1)溫度
PLC要求環(huán)境溫度在0~55oC,安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面,四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。
(2)濕度
為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%(無(wú)凝露)。
(3)震動(dòng)
應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源,防止振動(dòng)頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí),必須采取減震措施,如采用減震膠等。
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(4)空氣
避免有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境,可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。
(5)電源
PLC對(duì)于電源線帶來(lái)的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中,可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端,當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí),應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源,由于紋波的影響,容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。
2.控制系統(tǒng)中干擾及其來(lái)源
現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一,所謂治標(biāo)先治本,找出問(wèn)題所在,才能提出解決問(wèn)題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場(chǎng)干擾的源頭。(1)干擾源及一般分類(lèi)
影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,其原因是電流改變產(chǎn)生磁場(chǎng),對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;磁場(chǎng)改變產(chǎn)生電流,電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓疊加所形成。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測(cè)控信號(hào),造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因),這種共模干擾可為直流,亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓,主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,這種干擾疊加在信號(hào)上,直接影響測(cè)量與控制精度。
(2)PLC系統(tǒng)中干擾的主要來(lái)源及途徑
強(qiáng)電干擾
PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,刀開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。
柜內(nèi)干擾
控制柜內(nèi)的高壓電器,大的電感性負(fù)載,混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾。
來(lái)自信號(hào)線引入的干擾
與PLC控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線,除了傳輸有效的各類(lèi)信息之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽視;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,這是很?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。
來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使PLC系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。
來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。
變頻器干擾
一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,引起電網(wǎng)電壓畸變,影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾,影響周邊設(shè)備的正常工作。
3.主要抗干擾措施
(1)電源的合理處理,抑制電網(wǎng)引入的干擾
對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。
(4)正確選擇接地點(diǎn),完善接地系統(tǒng)
良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè),其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。
PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地,就存在地電位差,有電流流過(guò)屏蔽層,當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí),地線電流將更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降,引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。
● 安全地或電源接地
將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電,可從安全接地導(dǎo)入地下,不會(huì)對(duì)人造成傷害。
● 系統(tǒng)接地
PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地,叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4Ω,一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開(kāi)關(guān)電源負(fù)端接在一起,作為控制系統(tǒng)地。
● 信號(hào)與屏蔽接地
一般要求信號(hào)線必須要有唯一的參考地,屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地環(huán)路”。信號(hào)源接地時(shí),屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;不接地時(shí),應(yīng)在PLC側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí),屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理,一定要避免多點(diǎn)接地;多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí),各屏蔽層應(yīng)相互連接好,并經(jīng)絕緣處理,選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。
5)對(duì)變頻器干擾的抑制
變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式:
加隔離變壓器,主要是針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾,可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。
使用濾波器,濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力,還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
使用輸出電抗器,在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線路產(chǎn)生電磁輻射,影響其它設(shè)備正常工作。
五、結(jié)束語(yǔ)
PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題,因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制抗干擾,才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。21世紀(jì),PLC會(huì)有更大的發(fā)展,產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全,通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求,PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。