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1、第8章 PLC的安全設(shè)計與維護,,8.1 硬件安全設(shè)計 8.2 軟件安全設(shè)計 8.3 PLC的檢查 8.4 PLC的維護,8.1 硬件安全設(shè)計 可編程序控制器是一個故障率極低、安裝十分方便的控制器。和其它設(shè)備一詳，可編程序控制器也需要正確地安裝，經(jīng)常進行檢查和科學(xué)地維護。下面以S7-200可編程序控制器為例，說明可編程序控制器的安裝、檢查和維護。當(dāng)然本章所述的內(nèi)容對大多數(shù)PLC都有一定的指導(dǎo)意義。 1.PLC的安裝 應(yīng)該注意的是，安裝和拆卸可編程序控制器的各種模塊和相關(guān)設(shè)備時，必須首先切斷電源。如果沒有做到這一點，可能會導(dǎo)致設(shè)備的損壞和人身安全受到傷害。 （1）PLC安裝的一般性指導(dǎo) 在

2、對PLC接線時要確保所有的電器符合國家和地區(qū)的電氣標(biāo)準(zhǔn)。及時同地區(qū)的權(quán)威保持聯(lián)系，以確定哪些標(biāo)準(zhǔn)符合你的特殊需要。 要正確地使用導(dǎo)線。S7-200模塊采用的是l.50mm2 0.50mm2的導(dǎo)線 不要將連接器的螺釘擰得過緊，最大的扭矩不要超過0.36Nm。 盡量使用短導(dǎo)線（最長500米屏蔽線，或300米非屏蔽線），導(dǎo)線要盡量成對使用，用一根中性或公共導(dǎo)線與一根熱線或信號線相配對。, 將交流線和大電流快速開關(guān)的直流線與小電流的信號線隔開。 正確地識別和劃分S7200模塊的接線端子，并在線端留緩沖線圈 針對閃電式浪涌，安裝合適的浪涌抑制設(shè)備。 外部電源不要與DC輸出點并聯(lián)用作輸出負載，這可能導(dǎo)致反

3、向電流沖擊輸出，除非在安裝時使用二極管或其它隔離柵。 控制設(shè)備在不安全條件下可能會失靈，導(dǎo)致被控制設(shè)備的誤操作。這樣的誤動作會導(dǎo)致嚴重的人身傷害和嚴重損壞設(shè)備?？梢钥紤]使用獨立于可編程序控制器的緊急停機功能，機電過載保護設(shè)備，或其它冗余保護。 （2）使用隔離電路時的接地與電路參考點指南 1）使用隔離電路時的接地與電路參考點應(yīng)遵循以下幾點： 應(yīng)該為每一個安裝電路選一個參考點（0V），這些不同的參考點可能會連在一起，這種連接可能會導(dǎo)致預(yù)想不到的電流，它們會導(dǎo)致邏輯錯誤或損壞電路。產(chǎn)生不同參考電勢的原因，經(jīng)常是由于接地點在物理區(qū)域上被分隔的太遠。當(dāng)相距很遠的設(shè)備被通訊電纜或傳感器連接起來的時候，由電

4、纜線和地之間產(chǎn)生的電流就會流經(jīng)整個電路。即使在很短的距離內(nèi)，大型設(shè)備的負載電流也可以在其與地電勢之間產(chǎn)生變化，或者通過電磁作用直接產(chǎn)生不可預(yù)知的電流。那些不正確選定參考點的電源，相互之間的電路中有可能產(chǎn)生毀滅性的電流，以致破壞設(shè)備。, 當(dāng)把幾個具有不同地電位的CPU連到一個PPI網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)該采用隔離的RS485中繼器。 PLC產(chǎn)品已在特定點上安裝了隔離元件，以防止安裝中所不期望的電流產(chǎn)生。當(dāng)你打算安裝時，應(yīng)考慮到哪些地方有這些隔離元件，哪些地方?jīng)]有。同時你也應(yīng)考慮到相關(guān)電源之間的隔離以及其它設(shè)備的隔離，還有相關(guān)電源的參考點都在什么地方。 你最好選擇一個接地參考點，并且用隔離元件來破壞可能產(chǎn)生不

5、可預(yù)知電流的無用的電流回路。請記住在暫時性連接中可能引入新的電路參考點，比如說編程設(shè)備與CPU連接的時候。 在現(xiàn)場接地時，一定要隨時注意接地的安全性，并且要正確地操作隔離保護設(shè)備。 在大部分的安裝中，如果把傳感器的供電M端子接到地上可以獲得最佳的噪聲抑制。 上面是概述的PLC的隔離特性，某些特性對于特殊產(chǎn)品可能會有所不同。請參考相應(yīng)的PLC系統(tǒng)手冊，從中可以查到相應(yīng)的產(chǎn)品的電路中包含哪些隔離元件及它們的隔離級別。級別小于1500V AC的隔離元件只能用作功能隔離，而不能用作安全隔離層。,2) S7-300的隔離特性 CPU邏輯參考點與DC傳感器提供的M點類似。 CPU邏輯參考點與采用DC電源供

6、電的CPU輸入電源提供的M點類似。 CPU通訊端口與CPU邏輯口(DP口除外)，具有同樣的參考點。 模擬輸入及輸出與CPU邏輯不隔離，模擬輸入采用差動輸入并提供低壓公共模式的濾波電路。 邏輯電路與地之間的隔離為 500V AC。 DC數(shù)字輸入和輸出與CPU邏輯之間的隔離為 500V AC。 DC數(shù)字 IO組的點之間隔離為 500V AC。 繼電器輸出、AC輸出和輸入與CPU邏輯之間的隔離為1500VAC。 繼電器輸出組的點之間隔離為1500V AC。 AC電源線和零線與地、CPU邏輯以及所有的IO之間的隔離為1500V AC。,2 電源的安裝 (1) 交流輸入PLC安裝指南 下列條目是 AC交

7、流接線安裝時的一般性指南。 用一個單刀開關(guān)將電源與CPU、所有的輸入電路和輸出（負載）電路隔離。 用一臺過流保護設(shè)備以保護CPU的電源、輸出點以及輸入點。也可以為每個輸出點加上保險絲進行范圍更廣的保護。 當(dāng)使用 Micro PLC 24V DC傳感器電源時，可以取消輸入點的外部過流保護，因為該傳感器電源具有短路保護功能。 將S7300的所有地線端子和最近接地點相連接，以獲得最好的抗干擾能力。建議所有都使用1.50mm2的電線連接到獨立導(dǎo)電點上（亦稱一點接地）。 本機單元的直流傳感器電源可用作為本機單元的輸入和擴展DC輸入以及擴展繼電器線圈供電，這一傳感器電源具有短路保護功能 在大部分的安裝中，

8、如果把傳感器的供電M端子接到地上可以獲得最佳的噪聲抑制。,(2) 直流輸入PLC安裝指南 下列條目是DC隔離安裝接線的一般性指南。 用一個單刀開關(guān)將電源同CPU、所有的輸入電路和輸出（負載）電路隔離開。 用過流保護設(shè)備以保護CPU電源，輸出點，以及輸入點。也可以在每個輸出點加上保險絲進行過流防護。使用Micro 24V DC傳感器電源時，可以取消輸入點的外部過流保護，因為傳感器電源內(nèi)部具有限流功能。 確保DC電源有足夠的抗沖擊能力，以保證在負載突變時，可以維持一個穩(wěn)定的電壓，這時需要一個外部電容。 在大部分的應(yīng)用中，把所有的DC電源接到地可以得到最佳的噪聲抑制。在未接地DC電源的公共端與保護地

9、之間接以電阻與電容并聯(lián)電路。電阻提供了靜電釋放通路，電容提供高頻噪聲 通路，它們的典型值是 IM 和 4700pF。 將S7200所有的接地端子同最近接地點連接，以獲得最好的抗干擾能力。建議所有的接地端子都使用1.5mm2的導(dǎo)線連接到獨立導(dǎo)電點上（亦稱一點接地）。 24V DC電源回路與設(shè)備之間，以及120/230VAC電源與危險環(huán)境之間，必須提供安全電氣隔離。,3 抑制電路的使用 (1) 抑制電路使用的一般性指導(dǎo) 在感性負載中要加入抑制電路，以抑制在關(guān)閉電源時電壓的升高?？梢圆捎孟旅娴姆椒▉碓O(shè)計具體的抑制電路。設(shè)計的有效性取決于實際的應(yīng)用，因此必調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)具體的應(yīng)用。要保護所有的器件參數(shù)

10、與實際應(yīng)用相符合。 (2) 直流晶體管輸出模塊的保護 S7-200直流晶體管輸出內(nèi)部包含了能適應(yīng)多種安裝的齊納二極管，對于大電感或頻繁開關(guān)的感性負載還可以使用外部抑制二極管來防止擊穿內(nèi)部二極管。 也可以采用外接齊納二極管組成抑制電路。若外加直流電壓為24V，則選用的齊納二極管的擊穿電壓宜選擇在8.2V，功率為5W。 這樣當(dāng)晶體管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，由于續(xù)流二極管為電感能量的釋放提供了電流通道，故在電感兩端不會形成高壓。對于含齊納二極管的抑制電路，由于齊納二極管的電壓特性，也可以抑制電感兩端的高壓產(chǎn)生。因而也就不會危害到晶體管了。,(3) 繼電器輸出模塊的保護 對繼電器輸出模塊的保護 主要有兩個方

11、面。一個方 面是對繼電器觸點的保護， 使電感在斷電時不會產(chǎn)生 高壓加到繼電器的觸點。另一個方面是對電源的保護，使為繼電器提供電壓的電源不受高電壓的沖擊。抑制高電壓的主要辦法是在感性負載兩端并聯(lián)RC吸收電路，對交流電源除了用RC吸收之外，還可以并聯(lián)壓敏電阻以消除電壓沖擊。 直流負載RC抑制電路的參考值為R=12，C=0.5F/A1F/A 。 交流負載AC電壓為115V /230V時，對于每10VA的靜態(tài)負載，RC抑制電路的參考值為R=0.5US ，C=0.002F/A 0.005F/A 。 如果并聯(lián)壓敏電阻時，壓 敏 電阻的工作電壓要比 正常的電源電壓高出20%。,4 保護電路 （1）限位保護

12、 對有些快速動作的機械設(shè)備不僅要有行程開關(guān)限位，還要有極限限位保護。限位保護可以由電子限位開關(guān)、機械限位開關(guān)直至機械擋板等組成。 （2）急停保護 急停保護是 用來應(yīng)付突發(fā)故 障時，避免導(dǎo)致 更大事故的措施。,（3）連鎖保護 在硬件設(shè)計中要考慮到有些可移動設(shè)備的連鎖問題。比如電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)接觸器之間要有互鎖保護。液壓系統(tǒng)中雙向電磁閥也要有互鎖保護?；ユi的作用是使得兩個相反動作設(shè)備不會同時動作。常用的辦法是將兩個設(shè)備的常閉觸相互串聯(lián)，使用連鎖開關(guān)等。,8.2 軟件設(shè)計 由于PLC是利用存貯程序進行控制的。用存貯的程序進行安裝保護，也可以使其只執(zhí)行正確的操作，而拒絕錯誤的命令。 1 軟件保

13、護設(shè)計 連鎖保護 利用PLC的常閉 觸點對需要互鎖的線 圈進行連鎖保護。 雙重保護 利用PLC的輸入端增加限位輸入信號，在程序中利用這類信號實現(xiàn)保護功能。, 定時保護 根據(jù) 距離 = 速度 X 時間 用時間代替距離, 自動復(fù)位保護：,2 可靠性設(shè)計 PLC的定時器可以用作確保PLC可 靠、穩(wěn)定、安全運行設(shè)計。 抗干擾設(shè)計 （解決限位開關(guān)的抖動干擾）,3 變量優(yōu)選設(shè)計 夾緊控制 （解決成品不規(guī)范）,充分發(fā)揮輸出點的作用，盡量使用輸出點信號作為計數(shù)，定時的依據(jù)。 機械手工作次數(shù)的計數(shù)： 機械手轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)的計數(shù)： 4 自檢保護設(shè)計 可以充分利用PLC的自檢功能，PLC多數(shù)功能模塊都有自檢信息

14、，通過對這些自檢信息的檢查可以及時發(fā)現(xiàn)隱患清除故障。也可以針對工程的特點自編診斷程序排除故障。,5 程序的保護 S7-300保護有讀/寫保護功能，寫保護功能和不保護。保護密碼可以在CPU屬性中設(shè)定。,8.3 PLC的檢查 PLC系統(tǒng)在長期運行中，可 能會出現(xiàn)一些故障。PLC 自身故障可以靠自診斷判斷， 外部故障則主要根據(jù)程序分 析。常見故障有電源系統(tǒng)故 障、主機故障、通訊系統(tǒng)故 障、模塊故障、軟件故障等。 1. 常見故障的總體檢查與處理 總體檢查的目的是找出故障 點的大方向，然后再逐步細化， 確定具體故障點，達到消除故 障的目的。常見故障的總體檢 查與處理的程序見右圖 。,. 電源故障檢查

15、與處理 PLC系統(tǒng)主機電源、擴展機電源、模塊中電源，任何電源顯示不正常時都要進入電源故障檢查流程，如果各部分功能正常，只能是LED 顯示有故障，否則應(yīng)首先檢查外部電源，如果外部電源無故障，再檢查系統(tǒng)內(nèi)部電源故障。檢查順序和內(nèi)容如下表所述。 異常故障檢查與處理 PLC系統(tǒng)最常見的故障是停止運行（運行指示燈滅）、不能啟動、工作無法進行，但是電源指示燈亮。這時，需要進行異常故障檢查。檢查順序和內(nèi)容如下表。,,. 通訊故障檢查與處理 通訊是PLC網(wǎng)絡(luò)工作的基礎(chǔ)。PLC網(wǎng)絡(luò)的主站、各從站的通訊處理器、通訊模塊都有工作正常指示。

16、當(dāng)通訊不正常時，需要進行通訊故障檢查。檢查順序和內(nèi)容如下表。,. 輸入輸出故障檢查與處理 輸入輸出模塊直接與外部設(shè)備相連，是容易出故障的部位，雖然輸入輸出模塊故障容易判斷，更換快，但是必須查明原因，而且往往都是由于外部原因造成損壞，如果不及時查明故障原因，及時消除故障，對PLC系統(tǒng)危害很大。檢查順序和內(nèi)容如下表。,,,8.4 PLC的維護 要有一支具有一定技術(shù)水平，熟悉設(shè)備情況，掌握設(shè)備工作原理的檢修隊伍。 對檢修工作要定為一個制度，按期執(zhí)行。每個PLC都有確定的檢修時間。一般以每個月年次。 1 定期檢修的內(nèi)容如表所示。,應(yīng)該說PLC是一個可靠性、穩(wěn)定性極高的控制器。只要按照其技術(shù)規(guī)范安裝和使

17、用，出現(xiàn)故障的概率極低。但是，一旦出現(xiàn)了故障，一定要按上述步驟進行檢查、處理。特別是檢查由于外部設(shè)備故障造成的損壞。一定要查清故障原因，待故障排除以后再試運行。,2 可編程序控制器的故障處理指南 對于具體的PLC的故障檢查可能有一定的特殊性。下面給出了有關(guān)PLC的故障檢查和處理方法。見表。,結(jié)束語,1 教學(xué)中不確切，不清楚，不正確之處盡請?zhí)岢觥Ｒ蕴岣呓虒W(xué)質(zhì)量。 2 對教學(xué)方法不當(dāng)之處，請多提寶貴意見，以改進培訓(xùn)教學(xué)。 3 今后對PLC的有關(guān)問題，請多共同探討，多共同研究，進一步增加對PLC的理解和提高。 4 聯(lián)系方式： 電話： 024_83682644 電子信箱：yhy_ 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 殷洪義,