可編程序控制器(以下簡稱PLC)是在程序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。從廣義上講,PLC是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng),比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口,并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中,已基本取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸器的邏輯控制。用PLC來控制系統(tǒng)設(shè)備,其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就PLC本身而言,平均無故障時(shí)間一般已可達(dá)3~5萬小時(shí);而三菱的F系列,據(jù)稱其平均無故障時(shí)間已達(dá)30萬小時(shí)。所以,整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性,主要取決于PLC的外圍設(shè)備,比如輸入器件中的行程開關(guān)、按鈕、接近開關(guān),輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。下面就如何提高數(shù)控機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。
2 工作環(huán)境的要求
一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在0~55℃的范圍,并要避免太陽光直接照射;安裝時(shí)要遠(yuǎn)離大的熱源,保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件;空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%,不結(jié)露,以保證PLC的絕緣良好。PLC應(yīng)避免安裝在有振動(dòng)的場所;對(duì)振動(dòng)源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說明書的要求,安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施。空氣中有粉塵和有害氣體時(shí),應(yīng)將PLC封閉安裝。
3 數(shù)控機(jī)床PLC接地要求
數(shù)控機(jī)床的接地系統(tǒng)有兩類: 安全接地和工作接地。安全接地是用導(dǎo)線將設(shè)備易觸碰的部分與大地( 零電位點(diǎn)) 連接起來, 其目的是保護(hù)操作人員的安全,以免觸電。工作接地是為電子設(shè)備提供公共的電位參考點(diǎn), 工作接地包括機(jī)殼接地和電路接地, 電路接地分為弱信號(hào)電路接地和強(qiáng)信號(hào)電路接地。對(duì)PLC 系統(tǒng)來說又可分為邏輯電路接地和功率電路接地, 各部分線路之間又有串聯(lián)方式和并聯(lián)方式等。PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提。在設(shè)計(jì)時(shí),PLC的接地應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地分開,采用專用接地;如不能分開接地時(shí),應(yīng)采用共用接地;絕對(duì)禁止采用共通接地方法。如圖1所示,接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC,接地線的線徑應(yīng)大于4mm2,接地電阻一般應(yīng)小于10Ω。
圖1 接地方法
PLC的接線包括輸入接線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長,一般不大于30m;在線路距離較長時(shí),可采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸入接線的COM端與輸出接線的COM端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開設(shè)置。必要時(shí),可在現(xiàn)場分別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的接線必須采用屏蔽電纜;屏蔽層的接地端應(yīng)為一點(diǎn)接地,接地點(diǎn)宜在控制器側(cè)。
4 PLC的I/O電路要求
由于PLC是通過輸入電路接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號(hào),因此輸入電路的元器件質(zhì)量的好壞和連接方式直接影響著控制系統(tǒng)的可靠性。數(shù)控機(jī)床上的機(jī)械限位開關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。
5 PLC的軟件程序要求
為了提高PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性,可以專門設(shè)置一個(gè)定時(shí)器,作為監(jiān)控程序部分,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。若程序運(yùn)行能正常結(jié)束,則該定時(shí)器就立即被清零;若程序運(yùn)行發(fā)生故障,如出現(xiàn)死循環(huán)等,該定時(shí)器在設(shè)定的時(shí)間到就無法清零,此時(shí)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí),使用這種方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如果用PLC來控制某一對(duì)象時(shí),編制程序時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器來對(duì)這一對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視:該定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間即為這一對(duì)象工作所需的最大時(shí)間;當(dāng)啟動(dòng)該對(duì)象運(yùn)行時(shí),同時(shí)也啟動(dòng)該定時(shí)器。若該對(duì)象的運(yùn)行程序在規(guī)定的時(shí)間結(jié)束工作,發(fā)出一個(gè)工作完成信號(hào),使該定時(shí)器清零,說明這一對(duì)象的運(yùn)行程序正常;否則,屬運(yùn)行不正常,發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。監(jiān)控程序的梯形圖如圖1所示。圖1中定時(shí)器T1為檢測元件,X001為控制對(duì)象動(dòng)作信號(hào),X002為動(dòng)作完成信號(hào),M2為報(bào)警或停機(jī)信號(hào)。假設(shè)被控對(duì)象的運(yùn)行程序完成一次循環(huán)需要50s,則定時(shí)器K值可取510(T1為100ms定時(shí)器)。當(dāng)X001=1時(shí),被控對(duì)象運(yùn)行開始,T1開始計(jì)時(shí);如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)被控對(duì)象的運(yùn)行程序能正常結(jié)束,則X002動(dòng)作,M1復(fù)位,定時(shí)器T1被清零,等待下一次循環(huán)的開始;若在規(guī)定時(shí)間沒有發(fā)出被控對(duì)象運(yùn)行完成的動(dòng)作信號(hào),則判斷為故障,T1的觸點(diǎn)閉合,接通M2發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。
圖2 檢測程序
6 數(shù)據(jù)和程序的保護(hù)
大部分PLC 都采用鋰電池支持的RAM 來存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序。這種電池是不
可充電的,壽命一般為5 年左右, 一旦用完, 應(yīng)用程序?qū)⑷縼G失。因此, 較可靠的辦法把調(diào)試成功的程序用ROM寫入器固化到EPROM/ EEPROM中去。應(yīng)用程序的備份, 如軟盤或PROM/ EEPROM等必須小必保存。
7 冗余設(shè)計(jì)和降級(jí)操作設(shè)計(jì)
冗余設(shè)計(jì)可采用熱后備或冷后備方式。熱后備方式操作時(shí),冗余的后備系統(tǒng)也同時(shí)運(yùn)行,兩者輸出的結(jié)果一致時(shí),表示系統(tǒng)是正常運(yùn)行的;一旦結(jié)果不一致,則發(fā)出警報(bào)信號(hào),同時(shí),根據(jù)自診斷的結(jié)果,切換到正常的系統(tǒng)去。冷后備方式操作時(shí),冷后備系統(tǒng)不運(yùn)行,它在自診斷檢測出運(yùn)行系統(tǒng)故障后才切入后備系統(tǒng)。對(duì)PLC來說,冗余系統(tǒng)的范圍主要是CPU、存儲(chǔ)單元、電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng),只有在可靠性要求很高時(shí),才會(huì)包括輸入輸出單元的冗余等。降級(jí)操作是指在設(shè)計(jì)時(shí),將手動(dòng)操作包括在內(nèi)的設(shè)計(jì),即對(duì)部分或全部設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)的開停操作,以避免設(shè)備的損壞或?qū)θ藛T的傷害。此外,在設(shè)計(jì)中也可考慮從全自動(dòng)到半自動(dòng)、直至手動(dòng)的操作等。
8 結(jié)束語
提高數(shù)控機(jī)床PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施有多種方法,本文僅對(duì)常用的保護(hù)措施進(jìn)行了探討。只要在實(shí)際開發(fā)過程中, 充分考慮到對(duì)數(shù)控機(jī)床PLC 的各種不利因素, 在硬、軟件的設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施, 就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。
(審核編輯: 滄海一土)
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