《電子技術(shù)應(yīng)用》
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PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究分析
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摘要:   福建三安鋼鐵公司的工程自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7—400PLC系統(tǒng),由PLC做為控制站,工業(yè)型計(jì)算機(jī)做為操作站構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu),滿足原料場(chǎng)、燒結(jié)廠、高爐、轉(zhuǎn)爐及連鑄等控制需求。如果環(huán)境惡劣,干擾強(qiáng)烈或安裝使用不當(dāng),維護(hù)不到位,保護(hù)程序考慮不周等,都不能保證PLC正常、可靠、安全地運(yùn)行。因此。討論如何提高PLC控制系統(tǒng)可靠性問題十分重要。
Abstract:
Key words :
   引言

  福建三安鋼鐵公司的工程自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7—400PLC系統(tǒng),由PLC做為控制站,工業(yè)型計(jì)算機(jī)做為操作站構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu),滿足原料場(chǎng)、燒結(jié)廠、高爐、轉(zhuǎn)爐及連鑄等控制需求。如果環(huán)境惡劣,干擾強(qiáng)烈或安裝使用不當(dāng),維護(hù)不到位,保護(hù)程序考慮不周等,都不能保證PLC正常、可靠、安全地運(yùn)行。因此。討論如何提高PLC控制系統(tǒng)可靠性問題十分重要。 

  1 主要技術(shù)性能及技術(shù)要求

  (1)西門子S7—400控制系統(tǒng)要求設(shè)備工作環(huán)境溫度20-25℃,防震、防塵、防電磁干擾,相對(duì)濕度20%-70%無冷凝;一個(gè)基架上模板的安排原則是:能夠插入的模板數(shù),受它們從超級(jí)背板總線取得的電流值的限制(具體參見各模板的技術(shù)要求)。

  (2)多個(gè)機(jī)架配置的S7—400模板安排原則。接口模板總是位于3號(hào)槽,第1個(gè)信號(hào)模板的左邊。每個(gè)機(jī)架上不應(yīng)超過8個(gè)槽板,模板總是位于接口模板的左邊。能插入的模板數(shù)受S7—400背板總線允許提供電流的限制,每1排或每1機(jī)架

  總是電流耗量不能超過1.2 A。

  (3)CPU工作時(shí)可選的電源:200—240 VAC、24 VDC。

  (4)選用電源模板總電量不能低于或等于輸入、輸出單元的電流總耗量。

  (5)CPU模板有后備電池,起防電程序丟失的功能。

  (6)系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)接地,接地電阻R≤4 n。

  2 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素

  PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)效率和安全,不論是硬件、還是軟件或者外圍設(shè)備,只要其中某一環(huán)節(jié)出問題都將導(dǎo)致停產(chǎn)。因而它是討論技術(shù)要求的首要因素。圖1為分析PLC控制系統(tǒng)故障圖。

  由圖1可見,只有5%的故障發(fā)生在可編程控制器中,這說明可編程控制器本身的可靠性遠(yuǎn)高于外部設(shè)備的可靠性,90%的故障發(fā)生在I/O模板中,只有10%的故障發(fā)生在控制器中。說明發(fā)生在可編程控制器CPU、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線和電源中的故障只占系統(tǒng)總故障的0.5%,而發(fā)生在I/O模板中的故障也只占系統(tǒng)全部故障的4.5%。分析可見,通常,在實(shí)際應(yīng)用中往往從以下幾方面來考慮。

  (1)要注意外部設(shè)備的選擇,縮短大量的維修時(shí)間。

  (2)數(shù)據(jù)和程序的保護(hù)。大部分PLC控制系統(tǒng)都采用鋰電池支持的RAM來存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序,一般一支電池的壽命為5年左右,用完后應(yīng)用程序?qū)⑷縼G失。因此一些重要的地方常采用存儲(chǔ)卡來存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序。將程序及技術(shù)資料作為存檔保存起來。以防后備使用。

  (3)安裝與布線要采取一定的抗干擾措施。一般PLC電源都采用帶屏蔽層1:1隔離變壓器供電,在有較強(qiáng)干擾源的環(huán)境中使用時(shí),應(yīng)將屏蔽層和PLC浮地端子接地,接地線面積不能小于2mm2。接地線要采取獨(dú)立的方式,不能用與其它設(shè)備串聯(lián)方式接地。PLC電源線,I/O電源線,輸入、輸出信號(hào)線,交、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)該分開布線,后者應(yīng)用屏蔽線,并且將屏蔽層可靠接地等等。

  3 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法

  3.1 重視安裝

  提高PLC控制系統(tǒng)可靠性是一項(xiàng)長期、持久的工作。首先,施工和安裝是非常重要的環(huán)節(jié),必須嚴(yán)格把關(guān),這樣可減少投產(chǎn)故障率。其次,要保證檢修質(zhì)量,特別是技改線路改動(dòng)和系統(tǒng)改造,是目前的當(dāng)務(wù)之急。否則,幾年的系統(tǒng)改造后,大量線路的更換,線號(hào)丟失及程序變更,該記錄備份的沒有做記錄等。致使維護(hù)工作量加大,可靠性得不到保證。這一項(xiàng)是人們極易疏忽的,必需引起高度重視。

  3.2 老化篩選法

  通常我們用“老化篩選”的方法,就是結(jié)束“早期”,延長“偶然期”,“損耗期”及時(shí)更換來提高PLC系統(tǒng)的可靠性。該方法主要用于不可修復(fù)元件。PLC控制系統(tǒng)的失效率是與時(shí)間有關(guān)。我們將設(shè)備元件的故障率y(t)隨時(shí)間變化劃分為三個(gè)時(shí)期進(jìn)行分析,如圖2所示。這種變化曲線通常稱故障率曲線也稱為浴盆曲線。

  從圖2可以看出:

  (1)早期故障較高(O~t0期間)。主要是由于系統(tǒng)內(nèi)在設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、元器件質(zhì)量、安裝和工藝缺陷等不合理原因引起,但隨時(shí)間的增加故障率迅速降低。這一時(shí)期的主要任務(wù)是盡早找出不可靠的因素使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定下來。

  (2)偶然期故障期(t0~t1期間)比較穩(wěn)定,也可稱為隨機(jī)故障期。此時(shí)期故障是隨機(jī)發(fā)生的,系統(tǒng)的故障率最低而且穩(wěn)定,可視為常數(shù)。這一時(shí)期是系統(tǒng)的最佳狀態(tài)期,在運(yùn)行中應(yīng)以加強(qiáng)維護(hù)延長這段時(shí)期的時(shí)間,應(yīng)做好定期檢修和維護(hù)工作。

  (3)損耗期(t1之后)故障率上升,這是因?yàn)槌r(shí)間以來構(gòu)成系統(tǒng)的某些零件已經(jīng)老化耗損,壽命衰竭機(jī)械和電氣磨損以及絕緣的老化所引起。在這段時(shí)期中大部分元件要開始失效。如能事先知道損耗開始的時(shí)間,事先更換元器件,延長系統(tǒng)的有效壽命。推遲耗損故障期的到來。

  4 PLC控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)方法

  盡管PLC的運(yùn)行是安全、可靠的,作為一個(gè)系統(tǒng)來說,穩(wěn)定可靠仍然是不可忽視的問題.系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)要充分利用PLC的特點(diǎn),使PLC的運(yùn)行能真正達(dá)到安全、可靠。

  (1)硬件保護(hù)。主要包括:聯(lián)鎖保護(hù)、限位保護(hù)和急停保護(hù)等。

  (2)軟件保護(hù)。主要包括:聯(lián)鎖保護(hù)、限位保護(hù)、限時(shí)保護(hù)和自檢保護(hù)等。PLC是利用存儲(chǔ)程序進(jìn)行控制,用存儲(chǔ)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。軟件保護(hù)主要利用自檢信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,清除故障;也可針對(duì)工程的特點(diǎn),自編診斷程序而排除故障,以確保PLC可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

  5 PLC控制系統(tǒng)可靠性的管理

  5.1 人的管理

  隨著科技的發(fā)展,自動(dòng)化的科學(xué)含量不斷的提高。這將對(duì)工作人員的素質(zhì)提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設(shè)備情況、檢修、規(guī)劃和設(shè)計(jì)等;而且還要懂得計(jì)算機(jī)以及具有一定技術(shù)水平。因此,必須從人員的培訓(xùn)力度、培訓(xùn)方式和培訓(xùn)內(nèi)容等著手。不斷提高工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和思想素質(zhì),才能勝任其工作崗位。

  5.2維護(hù)管理

  PLC控制系統(tǒng)的可靠性,其主要因素還是要做好后期的維護(hù)管理工作,維護(hù)設(shè)備主要部位:供電電源,外部環(huán)境、安裝狀態(tài)、電源(Ps)、中央處理單元(CPU)、信號(hào)模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等外圍設(shè)備等。

  6 結(jié)束語

  只要在實(shí)際工作中,善于觀察,善于總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn),就可以充分考慮到對(duì)PLC.的各種不利因素,在實(shí)際應(yīng)用中采取適當(dāng)措施;使控制系統(tǒng)可靠、安全地運(yùn)行。

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