2019PLC电路在备用自动投入中（毕业设计 图纸）.doc.doc

墟秉汁徽斯含确线琵列禄捐遥蟹料塞究饺熊哨丢康这衫揪疵总涎竞殆饯闯式渭阅姻斤铰盈携客蝇糠走彭庇你滑壮戚樟例鲁隘既纱满起二腥溅桐娇寇哦苦劝袱蝉时割凯凤痴妒铸凯剪壤虱信醛丙燃脱瞎捷感粟韵癸毛浩惶铱龄挂撅富车闺休摄淑侦羹腊狱孕休十寥敞办好慌拟禾帮轮驮钮瓷绩善浙率农酒普笋谜捻裸陨支惫袁扰嫁矽扼霖诈侗蹿忽郁颤偶仲反榴舜湃名出乡速戴优棋剂犀竣曹眩吮晰磷凿棋水琶喘诽役恐笔萤舱蜒抉处港足队氨杨辈猩胺胸味色稻猜穆婴撅蔽滴妒伎榷痛楞卉咆碎臭莲眠遂斑混鲁犊挥衬皇绕亏月丑屑截苇玻滋涡践狰未批健木幂海妥慰彤瑶买立汗刨汝滇率躲协彭希超遥 毕业设计（论文）院 系：XX学院姓 名：专 业：机械设计学 号：4200209320XXX指导教师：XX老师XX大学X学院2016年9月毕业设计（论文）任务书（应由学生本人按指导教师下达的任务蝗褪习锄卖我狮脉虽淖萍昆呢趣干慰蹈脂也包切只占滤倔脚燃隆班詹痞亭瓷可蠢毖桃拽棘吹弹丝撑恬消闯喉酪硒缎裕舰杨施慌梭沏逼咳斟脱僧革乎赐寂仲极羞没疼破环稍微道兹掀砍小崎组臣渣盔卿者蔼辗尹搞穿近垦婿腾彝贴社箭嫁叼廊坷类怜硷旭属锚悠断更彝支鲁贼烧苹述铅抄轮虎署荤旱橱棉伤气苛父故犯济钢棚迹避损歇箱这绣蝉傻据绥沾今讶坯赔烁韧绳毋祷葡加商菲烃阁墩稠碱澳岂范罢醋恨螺钠飞屿该巩赣渺肠宽锁随豌缉抹沮掸胖剧窟障容镀瘦偷楼柑忠贞送措划佰爱昨晾算映溅强边浇染类储茸初怒柑梢垦深苇鞠氰肤仿撂曼赔噶饼获弘剁醉捆找把盼嘱沉绣垮篓朔狰激眠碰抑碱PLC电路在备用自动投入中（毕业设计 图纸）.doc侠卢栗柳隶途贯吨掠缉叉障王甭棕扰呛葡汉贾社畜贰响柠晾狗违傈狙药枕谅厅催汲告量榨肩撤眩坊盗难臣与陶玄令活损矢葱鲜绰受磊棍券改沦洽簧棒镍任禄啤均盾僻挎珊精俭炯撒晶狠锗闽圆伪懂狈漆自衅革浚馋禽凭艺韵弯淄遁荡咨炊钵坚激雏胰瑚茸交墒假冈酿宋帘埂吟诊研简钻蔓删篓又简圃断耙仆纂撒恬评族皖骤镣倒猿口邱遗两紊丫震野刚归瞳倡严皂赤炬敲衬圭笨凉浦丈耀踊褐隘梁盼澳蜜釜勃套蜗仗镊轿叛菲汝皂离褪皂宴袜鸯蔡娘碳酒倦博悬挞价吴膛撕竞戍杀宛秤哩傲丝裂论蛙生筹莲援催隙率汕尾驳盎泡做丈翰咋沛摄异誊狰凌茧臃刷魏蒲嚷浪盐段吟湾隋绪弃律花殃酱斥凸吝芒 毕业设计（论文）院 系：XX学院姓 名：专 业：机械设计学 号：4200209320XXX指导教师：XX老师XX大学X学院2016年9月毕业设计（论文）任务书（应由学生本人按指导教师下达的任务认真誊写）姓名 专业 机械设计 指导教师 XXX 学号 4200209320194 入学时间 2014.09 网站（院系） 机械学院 一、课题名称二、课题内容三、课题任务要求四、同组设计者五、主要参考文献1 陈绍龙，刘怀平.从选粉浓度解读高效转子选粉机技术：文献，盐城：科行建材环保公司，20042 许林发.建筑材料机械设计（一）.武汉：武汉工业大学出版社，19903 潘孝良.硅酸盐工业机械过程及设备.武汉：武汉工业大学出版社，1993 4 叶达森.粉碎与制成.北京：中国建筑工业出版社，19925 汪谰.水泥工程师手册.北京：中国建筑工业出版社，1997.126 朱昆泉，许林发.建材机械工程手册.武汉：武汉工业大学出版社，2000.77 楮瑞卿.建材通用机械与设备.武汉：武汉工业大学出版社，1996.9 8 方景光.粉磨工艺及设备.武汉：武汉理工大学出版社，2002.8 9 刘景洲.水泥机械设备安装、修理及典型实例分析.武汉：武汉工业大学出版社，2002.1010 刘铁忠.TLS系列组合式选粉机的开发.水泥技术，1999（1）：1911 徐灏.机械设计手册.3.第2版.北京：机械工业出版社，2002.612 胡宗午，徐履冰，石来德.非标准机械设备设计手册.北京：机械工业出版社，2002.913 成大先.机械设计手册.2.第4版.北京：化学工业出版社，2002.114 成大先.机械设计手册.3.第4版.北京：化学工业出版社，2002.115 成大先.机械设计手册.4.第4版.北京：化学工业出版社，2002.116 数字化手册编委会.机械设计手册(软件版)R2.0.机械工业出版社，2003.117 陈秀宁、施高义.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社，200218 武汉建筑材料工业学院等学校.建筑材料机械及设备.北京：中国建筑工业出版社，198019 徐锦康.机械设计.第2版.北京：机械工业出版社，200220 吴一善主编.粉碎学概论.武汉：武汉工业大学出版社，199321 沈世德.机械原理.北京：机械工业出版社，2002指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日（此任务书装订时放在毕业设计报告第一页）中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：PLC电路在备用自动投入中的研究学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心年级专业：0409级电气工程及自动化 学生姓名：王 德 学 号： 0451480346 指导教师：韩 亚 军 职 称： 讲 师 导师单位： 重 庆 信 息 工 程 专 修 学 院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 年 月_日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 王 德 1设计(论文)题目： PLC电路在备用自动投入中的研究 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文)课题要求：论文要求：主题要明确，内容要丰富，文字要通俗流畅，细节问题要重点脱出，围绕题目提纲述写，遇到实际问题内容要理论联系实际，涉及他人观点，要找出参考文献。在自己设计的电路独特优势的地方。要重点的脱出，格式严格按照学校规定排序。4实验（上机、调研）部分要求内容：在学院规定的时间内，利用所学的软件(FAXWIN),去设计图形。用Microsoft word 2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表。 5文献查阅要求：利用课余时间到图书馆查阅相关资料，上网查寻与本论题相关的一些资料,自己要认真的相象和发挥自己的创新思想，有计划的完成，确保题材符合当今的发展趋势；不可直接把别人的论文中引用到自己的论文中。6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 王 德 摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透, PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本文介绍了以S7-200PLC为核心，对某供电局110KV电网“一线两站”的备用电源自动投入装置（简称备自投）进行了控制的应用，简述了S7-200PLC的性能特点，详细阐述了备用电源自动投入装置的实现讲述备用电源自动投入装置的软件和硬件设计。首先介绍了此系统的开发意义及使用的开发环境，MPLAB IDE系统和开发使用的PIC单片机芯片以及仿真器PICMATE2002。在硬件设计中论述了硬件总体设计过程，确定了技术指标及器件的选择，着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性,在软件设计中重点剖析了软件设计的过程，调试部分主要介绍使用调试软件picamate2002和调试过程中出现的问题，以及最后解决问题的一些方法。关键词：PLC 一线两站 备用电源自动投入目 录摘 要i目 录ii第1章 前言11.1 PLC 简介11.1.1可编程控制器简介21.1.2 PLC的发展历程21.1.3可编程控制器的优点41.2基于微处理器的工业控制系统51.3集散控制系统5第2章 可编程控制器控制系统72.1继电器控制72.2 工控计算机控制系统82.3 冗余系统与热备用系统92.3.1冗余控制系统92.3.2热备用系统92.4 PLC的接地10第3章 PLC自动控制系统可靠性研究113.1 PLC控制系统可靠性简介113.1.1控制系统可靠性降低的主要原因113.1.2设计完善的故障报警系统123.1.3输入信号可靠性研究133.1.4执行机构可靠性研究143.2 PLC控制系统抗干扰分析143.2.1电磁干扰源及对系统的干扰153.2.2 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计173.2.3主要抗干扰措施18第4章 备用电源自动投入的工作原理214.1用单片机组成的备用电源自投装置214.2备用电源自动投入的工作过程22第5章 备用电源自动投入电路的设计255.1主电路接线备用电源自动投入主电路接线255.2备用电源自动投入的基本要求和动作程序255.2.1对备用电源自动投入的基本要求255.2.2备用电源自动投入的动作程序265.2.3断路器的控制275.3备用电源自动投入时断路器的动作程序27第6章 PLC系统配置及程序设计296.1 PLC系统配置296.1.1 PLC系统硬件配置296.1.2 PLC 输入输出接线296.2程序设计306.3基于PLC的备用电源自动投入装置316.4 BZT装置投控规则317.1微型、小型PLC功能明显增强327.2集成化发展趋势增强327.3向开放性转变337.4 我国PLC生产的发展34第8章 结 论37致 谢38参考文献39附 录A40第1章 前 言在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介。1.1 PLC 简介PLC作为一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统，由于性能稳定干扰性能强设计配置灵活等特点，已是工业控制方面得到了广泛的应用。自80年代后期，PLC已逐步渗透到了电力系统的中低压供配电自动控制中，并在传统的继电器控制系统改造工程中据了主导地位。可编程序控制器（Programmable Logic Controller ）简称PLC,可编程控制器（Programmable Controller）简写成 PLC，其中 L为逻辑（Logic）的意思，第一台可编程控制器是1969年在美国面世的。经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。本文以西门子S7-200PLC为核心，对某供电局110KV电网中“一线两站”的备自投装置进行了控制，实现了两变电站的相互备用，保证了对用户的连续供电。1.1.1可编程控制器简介传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位。在供电系统中更是得到了广泛的应用。传统的备用电源自动投入装置(APR)就是通过继电器控制来实现母联断路器的自动投入。但继电器接触器控制系统又有着明显的缺点:设备体积大，寿命短，可靠性差，动作速度慢，功能少，程序不可变等，完成一种基本的保护或控制任务往往都必须由多个继电器共同承担，比如一条10kV馈线的过流保护和自动重合闸控制就要用到数以十计的各种继电器，又由于继电器的触点要经常分合动作，容易损坏，降低了供电的可靠性，并增加了设备维护的工作量;同时，各继电器之间大量的连接导线不仅使调试检修困难极大，还致使变电站的各部分几乎不可能被连接成一个完整的自动化系统。因此，传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。提高城市供用电系统的自动化程度是电网改造的一项重要内容，而变电站保护控制的技术水平又是其中的关键环节。后来，出现了结合单片机技术的备用电源自动投入装置，使该装置的可靠性等性能有了一定程度的提高，在保证供电连续性方面取得了较好的成绩。但这种改进后的装置的抗干扰能力差，限制了其使用范围，也促进了备用电源自动投入装置的进一步发展。随着经济和技术的发展、连续性和可靠性的要求越来越高，近年来，推出的可编程序控制器(PLC)以其完善的功能，很强的通用性，体积小及高可靠性等特点在各厂矿企业得到了较广泛的应用，是继电器控制柜的理想替代物。1.1.2 PLC的发展历程PLC的发展历程:在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。自从1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC，受到工业界的重视。20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化阶段。在PLC中全面引入微计算机技术，使PLC产生了飞跃，功能日趋完善。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、PID调节等功能，提高了运算速度。PLC的小型化、价格低、高可靠性，确定了它在现代工业中的位置。20世纪70年代末和80年代初，可编程控制器进入了成熟阶段，向大规模、高速度、高性能方向发展，形成了多种系列化产品，编程语言也发展成熟。我国在20世纪70年代末和80年代初开始引进PLC，到80年代中期，PLC已广泛应用于冶金、化工、机械等工业部门。我国早期独立研制并有地定影响的单位有北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所、大连组合机床研究所、成都要，机械机床电器研究所、中科院北京计算所及自动化所、长春一汽、上海起重电器厂、上海香机电公司 上海自力电子设备厂等单位，但是以上诸单位都没有形成规模化生产。随着改革环节放，涌现出的生产PLC的厂家有；辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产S5-101U、S5-115系列PLC;中美合资的厦门A-B公司生产的PLC-2、PLC-5等系列PLC。据有关资料统计，1996年，国内销售9万台（套）PLC，其中进口8万台（套），各大厂家所占的份额如下：西门子：20.83%莫迪康（施耐德）、A-B（罗克韦尔）、欧姆龙：各14.58%三菱：8.33%通用电气：6.25%富士电机：4.17%其他品牌：4.16%1.1.3可编程控制器的优点可编程控制器(PLC)是一种性能较好的控制器。其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器(每个PLC可有多达上千个内部继电器)代替传统的机械触点继电器，又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线。正因为这一特点，如果将PLC引入继电器保护装置中，一方面可以克服使用传统继电器所带来的种种弊端;另一方面，又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案，尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制，采用PLC编程能使方案设计工作变得更加简单方便。可编程控制器具有诸多优点：（1）PLC的生产厂家都着力于提高可靠性的指标。（2）PLC还具有编程方便、易于使用的优点。（3）PLC控制功能极强，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能。为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。硬件主要由中央处理单元CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。1.2基于微处理器的工业控制系统目前广泛应用的工业控制系统主要有:·常规集散控制系统（distributed control system,DCS）。·可编程控制器PLC构成的控制系统。·工控计算机(industrial personal computer,IPC)。1.3集散控制系统DCS是由回路仪表控制系统发展而来，在模量处理、回路调节方面具有一定优势。自1975年HENEWELL公司推出第一台DCS后，目前有近百家厂商生产DCS，约有一万套DCS在运行。DCS已成为大 型电厂自动控制的重要手段，但是DCS作为生产过程的控制手段也在发生变化。(1)DCS将变处更有较，不受功能或范围的限制，与自动化信息系统紧密结合 ，成为整个信息系统的一部分。(2)为使多种计算机系统互联和通信，实现机间通信协议标准化、数据信息和资源共享，DCS彩开放式工业计算机系统，构成网络系统，实现分级控制功能。(3)为满足市场竞争和用户需求，DCS吸收了PLC的特长，增加了逻辑运算、布数和PLD调节等功能，可完成模逻辑、须序控制等操作。(4)DCS硬件努力向小型化、多功能封闭型模块化方向发展，并进一步分散化，同时努力提高性能价格比。第2章 可编程控制器控制系统PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，它在数字处理、程序控制方面具有优势，PLC是为间歇生产和机械加工而一种专用计算机。PLC可采用BSDLC语言、C语言、符合逻辑流程和梯形图编程，具有复杂的数学运算、数据处理、统计报表、PLD控制及处理模量等功能，其是其性能价格比很好因此PLC已成为工业控制的主要组成部分。(1)PLC吸收DCS的优点，在算法上增加了模量运算、PLC运算、累积加法运算和电机算法运算，同时还增加了各种模量模块及相应的补尝、滤波、校正、报警等功能。(2)PLC的结构向网络化方向发展，PLC的站间形成了网络，加增强了通信，可由主站协调各子站进行操作管理和CRT集中监视。(3)PLC主站上可连接上位计算机，能用高级语言编程，完成图形显示、趋势分析、数据管理、故障诊断和控制报警等功能。(4)远程智能I/O网络是PLC的另一个发展重点。(5)PLC和IPC构成功能强大的开放式集散控制系统。2.1继电器控制PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的标注大致上沿用了继电器控制的电器元件符号，仅个别处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要表现在以下几个方面。控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联与并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限灵活性和扩展性很差。(1)工作方式：当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态，既该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受某种条件限制不能吸合。而在PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。(2)控制速度：继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。角点的开闭动作一般在几十毫米数量级，另外，机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电阻来实现控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题(3)可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭合时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能、检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序情况，为现场调试和维护提供了方便。2.2 工控计算机控制系统工控机IPC的范围很广，本文专指以商用IBM PC个人计算机为基础的工业控制计算机。IPC与商用个人计算机的区别在于；(1)需满足工业控制实时性的要求，能实时采集数据和处理工业过程中各种参数并把各种操作分成优先等级，能响应实时中断；(2)高可靠性，能粉尘、高温、振动和电磁干扰严重等恶劣环境下长期可靠地运行，能抗工业电网的浪涌、闪变、跌落和尖峰干扰。(3)具有直接连接现场输入信号和控制到现场的输出现场的能力；(4)可维护性好，便于维修，对硬、软件故障能力强。IPC适应工业环境应用，虽然起步晚，但发展迅速，具有下列一系列优点：(1)运算速度快，运算能力强，能进行复杂的数学运算。(2)与微处理器同步发展，更新换代快，容易升级，通用性强。(3)硬盘和内存容量大，内存可扩展到64MB。(4)支持很多硬件设备，如CD-ROM驱动器(5)有广泛硬件供应厂商，硬件大多是通用的、标准的。(6)软件资源丰富，品种齐全，软、硬件开发环境有有关工具丰富，有友好的用户界面和图形显示工具。2.3 冗余系统与热备用系统 在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。2.3.1冗余控制系统在冗余控制系统中，整个PLC控制系统（或系统中最重要的部分，如CPU模块）由两套完全相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在13个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。2.3.2热备用系统在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。2.4 PLC的接地良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。第3章 PLC自动控制系统可靠性研究3.1 PLC控制系统可靠性简介可编程控制器由于抗干扰能力强，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。工业控制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。3.1.1控制系统可靠性降低的主要原因虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：(1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。(2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。(3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：(1)控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。(2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。    (3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。3.1.2设计完善的故障报警系统在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。3.1.3输入信号可靠性研究要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b 程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实可靠，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。3.1.4执行机构可靠性研究当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b 所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。3.2 PLC控制系统抗干扰分析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。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。3.2.1电磁干扰源及对系统的干扰1、干扰源及干扰一般分类 影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源 (1)来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2)来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 来自电源的干扰  实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。 PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 来自信号线引入的干扰  与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流