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PLC软元件在电气系统可靠性设计中的应用

摘要:分析了影响PLC控制系统的可靠性的主要因素,并以卧式镗床为例,提出了利用PLC软元件来解决它们的设计方法,此方法经济、实用,对提高PLC控制电气系统可靠性,具有普遍意义。

关键词:PLC、系统可靠性

Abstract: this paper deals with the main factors which affect reliability of the electrical system with PLCs, taking a boring lathe as example, and approach to solve their designing method with PLC soft components, which is economic and practical and has a universal significance.

Key words: PLC system reliability

一、 引言

随着机电一体化技术的发展,对系统的可靠性要求愈来愈高,PLC具有控制可靠、体积小、功能强、速度快、组态灵活和可扩展性的特点而得到了广泛的应用,电气系统的可靠性也大大提高了。此时,影响电气系统可靠性的主要因素是与PLC接口的输入输出部分,我们在卧式镗床改造中采用PLC的软元件,合理设计了控制程序,提高了系统的可靠性。

二、 影响PLC电气系统可靠性的主要因素

PLC控制系统可简单划分为三部分:发讯元件(输入部分)、记忆网络(程序部分)和电气执行元件(输出部分)。对于用继电器控制的系统,影响系统可靠性的主要因素是中间继电器组成的记忆网络。对于PLC控制系统,高可靠性的PLC取代了中间继电器组成的记忆网络,克服了机械动作式中间继电器可靠性不高的固有毛病,使系统可靠性大为提高。此时,与PLC自身的安全性与PLC输入、输出连接的“发讯元件”和“电气执行元件”的可靠性,已变成影响整个电气系统可靠性的主要因素。提高“发讯元件”和“电气执行元件”可靠性的同时,也就提高了PLC的安全性,通常有两种方法:一种是选用高质量的元器件;另一种是对这些故障率较高的元器件进行状态检测和故障诊断,但都受硬件条件和经济条件的影响而限制了应用范围。

PLC具有丰富的软元件(如内部计时器、计数器、辅助继电器等),因此可以利用它来设计一些程序,屏蔽输入元件的误信号,防止输出元件的误动作。最实用的方法有⑴采用软硬件互锁设计,防止误发讯和误动作;⑵在输入输出端提高配线的可靠性,提高PLC的安全性。本文以卧式镗床改造为例,介绍用PLC软元件提高系统可靠性的设计方法。

三、 PLC软元件设计来改造卧式镗床,提高系统可靠性

. 卧式镗床工作原理简介

根据原有的继电器电路图来设计梯形图,这种方法没有改变系统的外部特性,但却克服了机械动作式中间继电器可靠性不高的毛病,对于操作人员来说,除了控制系统的可靠性提高之外,改造前后的系统没有什么区别,他们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面版和它上面的器件,因此可以减少硬件改造的费用和工作量。

卧式镗床的主轴电机是双速异步电动机,中间继电器ZJFJ控制主轴电机的起动和停止,接触器ZCFC控制主轴电机的正反转,接触器1DSC2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速,接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。1JPK2JPK1ZPK2ZPK是变速操纵盘上的限位开关,1HKK2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。

. PLC软硬件互锁设计改造卧式镗床,提高系统可靠性

在控制主轴电机正反转的继电器电路中,为了防止控制正反转的两个接触器(如图1ZCFC)同时动作造成三相电源短路,设置了联锁电路,即将某一接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联。在梯形图中也设置了相应的联锁电路,但是梯形图中联锁电路只能保证PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好,某一接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊,其线圈断电后主触头仍然接通,这时如果另一接触器的线圈通电,仍将会造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况,应在PLC外部设置联锁电路(见图1),假设接触器ZC主触点被电弧熔焊,这时与FC线圈串联的ZC辅助常闭触点断开,因此FC的线圈不可能得电。

. PLC辅助继电器简化电路,提高了电气系统的可靠性

ZCFC1DSC2DSC都要受TA1ZPK1JPKZCFC的触点并联电路的控制,为了简化电路,在梯形图中设置了上述并联电路控制的辅助继电器M202,它类似于继电器电路中的中间继电器。

另外,还有提高PLC控制系统可靠性的方法,如:⑴输入输出端接有感性元件时,应在它们两端并联阻容电路,以控制电路断开时产生的电弧对PLC的影响,电阻可以取51~120Ω,电容可以取0.1~0.47μF,电容的额定电压应大于电源峰值电压。

PLC控制柜设在没有高压大电流强辐射的室内。

⑶采用隔离变压器,由单回路双绞线供电。

四、 结论

影响PLC控制系统可靠性的主要因素是与PLC接口的输入、输出部分的可靠性.在安装配线时考虑到对PLC的各种不利因素,同时在进行梯形图设计时充分利用PLC的软元件(如计时器、辅助继电器、定时器等)合理设计PLC输入、输出元件的状态监测程序,可屏蔽输入元件的误信号,防止输出元件的误动作,提高PLC控制电气系统的整机可靠性。

PLC提高系统可靠性的方法具有经济、实用等特点,已经在卧式镗床PLC控制系统中获得了成功应用,实现设备改造与生产过程自动化,提高劳动生产率,改善企业管理,提高了企业经济效益。

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