PLC软元件在电气系统可靠性设计中的应用

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1、引言
' C0 }9 e# @6 ]. R5 i　　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，我们在卧式锺床改造中采用PLC的软元件，合理设计了控制程序，提高了系统的可靠性。

0 r- B, \6 f& D# ]: d9 H2、影响PLC电气系统可靠性的主要因素
$ ]; Q* X7 O6 H* R$ v% u" Z! j　　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，己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用。
　　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(l)采用软硬件互锁设计，防止误发讯和误动作；(2)在输入输出端提高配线的可靠性，提高PLC的安全性。本文以卧式锥床改造为例，介绍用PLC软元件提高系统可靠性的设计方法。

3、用PLC软元件设计来改造卧式结床，提高系统可靠性
) t# ]( C( G- ~! P3.1卧式锺床工作原理简介 　　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。

　　图l是卧式锤床继电器控制电路图，图2和图3是实现相同功能的PLC控制系统的外部接线图和梯形图。卧式锺床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZC和FC控制主轴电机的起动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转，接触器lDSC、2DSC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。lJPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，IHKK、2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。
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" w5 v7 B& \# I8 k9 C　　3.2用PLC软硬件互锁设计ET造卧式锺床，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l中ZC与FC)同时动作造成三相电源短路，设置了联锁电路，即将某二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，某二接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，其线国断电后主触头仍然接通，这时如果另一接触器的线国通电，仍将会造成二相电源短路事故。
7 A3 x+ d# f, i1 k; X; J4 k　　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线国串联的ZC辅助常闭触点断开，因此FC的线国不可能得电。
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6 h( {+ y' m" P6 e3 d9 U$ [" f　　3.3用PLC辅助继电器简化电路，提高了电气系统的可靠性 　　图l中ZC、FC、lDSC、2DSC都要受TA、lZPK、lJPK、ZC和FC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。
% u( _; O5 F/ N: e+ [　　另外，还是提高PLC控制系统可靠性的方法，如：(l)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51~12OQ，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。

　　(2)PLC控制柜设在没有高压大电流强辐射的室内。
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3 R$ q3 [1 b8 U3 ]7 O) i' o( _) a　　(3)采用隔离变压器，由单回路双绞线供电。
4 x) K- r: `" ^3 H" x4、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。
% U" g, S9 G+ n  ~% N3 \7 @1 e# h　　用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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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。