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1、PLC 控制系统可靠性研究 摘要 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
2、或多台 PLC 进行控制，PLC 之间数据交换是利用 内部链接寄存器，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 P
3、LC 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注意事项.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
4、地点，完善接地系统 .18 4.3.5 对变频器干扰的抑制 .19 1 绪论绪论 1.1 课题研究背景及目的 随着科学技术的发展，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
5、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，其基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、价格便宜等优点结 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
6、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。1 2.2
7、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：主要分为如下几类： 2.3.12.3.1 开关量逻辑控制开关量逻辑控制 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。 2.3.22.3.2 工业过程控制工业过程控制 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
8、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。 2.3.32.3.3 运动控制运动控制 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。 2.3.4.2.3.4. 数据处理数据处理 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
9、般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 2.3.5.2.3.5. 通信及联网通信及联网 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 化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 2.4 PLC 的组成 2.4.12.4.1 硬件的组成硬件的组成 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 部分简要介绍。 （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
10、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 部分。 CPU：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。运算器则是进行逻辑，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
11、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
12、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。 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部分存储器的程序。 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
