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1、第8章 PLC的安全設(shè)計(jì)與維護(hù),,8.1 硬件安全設(shè)計(jì) 8.2 軟件安全設(shè)計(jì) 8.3 PLC的檢查 8.4 PLC的維護(hù),8.1 硬件安全設(shè)計(jì) 可編程序控制器是一個(gè)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(jìn)行檢查和科學(xué)地維護(hù)。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(hù)。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(shí)，必須首先切斷電源。如果沒有做到這一點(diǎn)，可能會(huì)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(shí)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(shí)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(hào)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(hào)線隔開。 正確地識(shí)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(diǎn)并聯(lián)用作輸出負(fù)載，這可能導(dǎo)致反

3、向電流沖擊輸出，除非在安裝時(shí)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(huì)失靈，導(dǎo)致被控制設(shè)備的誤操作。這樣的誤動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害和嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。可以考慮使用獨(dú)立于可編程序控制器的緊急停機(jī)功能，機(jī)電過載保護(hù)設(shè)備，或其它冗余保護(hù)。 （2）使用隔離電路時(shí)的接地與電路參考點(diǎn)指南 1）使用隔離電路時(shí)的接地與電路參考點(diǎn)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)： 應(yīng)該為每一個(gè)安裝電路選一個(gè)參考點(diǎn)（0V），這些不同的參考點(diǎn)可能會(huì)連在一起，這種連接可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)想不到的電流，它們會(huì)導(dǎo)致邏輯錯(cuò)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(diǎn)在物理區(qū)域上被分隔的太遠(yuǎn)。當(dāng)相距很遠(yuǎn)的設(shè)備被通訊電纜或傳感器連接起來的時(shí)候，由電

4、纜線和地之間產(chǎn)生的電流就會(huì)流經(jīng)整個(gè)電路。即使在很短的距離內(nèi)，大型設(shè)備的負(fù)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(diǎn)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(gè)具有不同地電位的CPU連到一個(gè)PPI網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)該采用隔離的RS485中繼器。 PLC產(chǎn)品已在特定點(diǎn)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(shí)，應(yīng)考慮到哪些地方有這些隔離元件，哪些地方?jīng)]有。同時(shí)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(diǎn)都在什么地方。 你最好選擇一個(gè)接地參考點(diǎn)，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(shí)性連接中可能引入新的電路參考點(diǎn)，比如說編程設(shè)備與CPU連接的時(shí)候。 在現(xiàn)場接地時(shí)，一定要隨時(shí)注意接地的安全性，并且要正確地操作隔離保護(hù)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(huì)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(jí)別。級(jí)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(diǎn)與DC傳感器提供的M點(diǎn)類似。 CPU邏輯參考點(diǎn)與采用DC電源供

6、電的CPU輸入電源提供的M點(diǎn)類似。 CPU通訊端口與CPU邏輯口(DP口除外)，具有同樣的參考點(diǎn)。 模擬輸入及輸出與CPU邏輯不隔離，模擬輸入采用差動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)的一般性指南。 用一個(gè)單刀開關(guān)將電源與CPU、所有的輸入電路和輸出（負(fù)載）電路隔離。 用一臺(tái)過流保護(hù)設(shè)備以保護(hù)CPU的電源、輸出點(diǎn)以及輸入點(diǎn)。也可以為每個(gè)輸出點(diǎn)加上保險(xiǎn)絲進(jìn)行范圍更廣的保護(hù)。 當(dāng)使用 Micro PLC 24V DC傳感器電源時(shí)，可以取消輸入點(diǎn)的外部過流保護(hù)，因?yàn)樵搨鞲衅麟娫淳哂卸搪繁Ｗo(hù)功能。 將S7300的所有地線端子和最近接地點(diǎn)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(dú)立導(dǎo)電點(diǎn)上（亦稱一點(diǎn)接地）。 本機(jī)單元的直流傳感器電源可用作為本機(jī)單元的輸入和擴(kuò)展DC輸入以及擴(kuò)展繼電器線圈供電，這一傳感器電源具有短路保護(hù)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(gè)單刀開關(guān)將電源同CPU、所有的輸入電路和輸出（負(fù)載）電路隔離開。 用過流保護(hù)設(shè)備以保護(hù)CPU電源，輸出點(diǎn)，以及輸入點(diǎn)。也可以在每個(gè)輸出點(diǎn)加上保險(xiǎn)絲進(jìn)行過流防護(hù)。使用Micro 24V DC傳感器電源時(shí)，可以取消輸入點(diǎn)的外部過流保護(hù)，因?yàn)閭鞲衅麟娫磧?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(fù)載突變時(shí)，可以維持一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這時(shí)需要一個(gè)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(hù)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(diǎn)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(dú)立導(dǎo)電點(diǎn)上（亦稱一點(diǎn)接地）。 24V DC電源回路與設(shè)備之間，以及120/230VAC電源與危險(xiǎn)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(fù)載中要加入抑制電路，以抑制在關(guān)閉電源時(shí)電壓的升高?？梢圆捎孟旅娴姆椒▉碓O(shè)計(jì)具體的抑制電路。設(shè)計(jì)的有效性取決于實(shí)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(hù)所有的器件參數(shù)

10、與實(shí)際應(yīng)用相符合。 (2) 直流晶體管輸出模塊的保護(hù) 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(fù)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(shí)，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(huì)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(huì)危害到晶體管了。,(3) 繼電器輸出模塊的保護(hù) 對繼電器輸出模塊的保護(hù) 主要有兩個(gè)方

11、面。一個(gè)方 面是對繼電器觸點(diǎn)的保護(hù)， 使電感在斷電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生 高壓加到繼電器的觸點(diǎn)。另一個(gè)方面是對電源的保護(hù)，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(fù)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(fù)載RC抑制電路的參考值為R=12，C=0.5F/A1F/A 。 交流負(fù)載AC電壓為115V /230V時(shí)，對于每10VA的靜態(tài)負(fù)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(shí)，壓 敏 電阻的工作電壓要比 正常的電源電壓高出20%。,4 保護(hù)電路 （1）限位保護(hù)

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

13、護(hù)設(shè)計(jì) 連鎖保護(hù) 利用PLC的常閉 觸點(diǎn)對需要互鎖的線 圈進(jìn)行連鎖保護(hù)。 雙重保護(hù) 利用PLC的輸入端增加限位輸入信號(hào)，在程序中利用這類信號(hào)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。, 定時(shí)保護(hù) 根據(jù) 距離 = 速度 X 時(shí)間 用時(shí)間代替距離, 自動(dòng)復(fù)位保護(hù)：,2 可靠性設(shè)計(jì) PLC的定時(shí)器可以用作確保PLC可 靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行設(shè)計(jì)。 抗干擾設(shè)計(jì) （解決限位開關(guān)的抖動(dòng)干擾）,3 變量優(yōu)選設(shè)計(jì) 夾緊控制 （解決成品不規(guī)范）,充分發(fā)揮輸出點(diǎn)的作用，盡量使用輸出點(diǎn)信號(hào)作為計(jì)數(shù)，定時(shí)的依據(jù)。 機(jī)械手工作次數(shù)的計(jì)數(shù)： 機(jī)械手轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)數(shù)： 4 自檢保護(hù)設(shè)計(jì) 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(shí)發(fā)現(xiàn)隱患清除故障。也可以針對工程的特點(diǎn)自編診斷程序排除故障。,5 程序的保護(hù) S7-300保護(hù)有讀/寫保護(hù)功能，寫保護(hù)功能和不保護(hù)。保護(hù)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(yùn)行中，可 能會(huì)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(jī)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(diǎn)的大方向，然后再逐步細(xì)化， 確定具體故障點(diǎn)，達(dá)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(jī)電源、擴(kuò)展機(jī)電源、模塊中電源，任何電源顯示不正常時(shí)都要進(jìn)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(yùn)行（運(yùn)行指示燈滅）、不能啟動(dòng)、工作無法進(jìn)行，但是電源指示燈亮。這時(shí)，需要進(jìn)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(shí)，需要進(jìn)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(shí)查明故障原因，及時(shí)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(hù) 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(duì)伍。 對檢修工作要定為一個(gè)制度，按期執(zhí)行。每個(gè)PLC都有確定的檢修時(shí)間。一般以每個(gè)月年次。 1 定期檢修的內(nèi)容如表所示。,應(yīng)該說PLC是一個(gè)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(jìn)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(yùn)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?。以提高教學(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(jìn)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(jìn)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,