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1、第8章 PLC的安全設計與維護,,8.1 硬件安全設計 8.2 軟件安全設計 8.3 PLC的檢查 8.4 PLC的維護,8.1 硬件安全設計 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。和其它設備一詳，可編程序控制器也需要正確地安裝，經常進行檢查和科學地維護。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。當然本章所述的內容對大多數PLC都有一定的指導意義。 1.PLC的安裝 應該注意的是，安裝和拆卸可編程序控制器的各種模塊和相關設備時，必須首先切斷電源。如果沒有做到這一點，可能會導致設備的損壞和人身安全受到傷害。 （1）PLC安裝的一般性指導 在

2、對PLC接線時要確保所有的電器符合國家和地區(qū)的電氣標準。及時同地區(qū)的權威保持聯(lián)系，以確定哪些標準符合你的特殊需要。 要正確地使用導線。S7-200模塊采用的是l.50mm2 0.50mm2的導線 不要將連接器的螺釘擰得過緊，最大的扭矩不要超過0.36Nm。 盡量使用短導線（最長500米屏蔽線，或300米非屏蔽線），導線要盡量成對使用，用一根中性或公共導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。 控制設備在不安全條件下可能會失靈，導致被控制設備的誤操作。這樣的誤動作會導致嚴重的人身傷害和嚴重損壞設備?？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遵循以下幾點： 應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，這種連接可能會導致預想不到的電流，它們會導致邏輯錯誤或損壞電路。產生不同參考電勢的原因，經常是由于接地點在物理區(qū)域上被分隔的太遠。當相距很遠的設備被通訊電纜或傳感器連接起來的時候，由電

4、纜線和地之間產生的電流就會流經整個電路。即使在很短的距離內，大型設備的負載電流也可以在其與地電勢之間產生變化，或者通過電磁作用直接產生不可預知的電流。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生毀滅性的電流，以致破壞設備。, 當把幾個具有不同地電位的CPU連到一個PPI網絡時，應該采用隔離的RS485中繼器。 PLC產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生。當你打算安裝時，應考慮到哪些地方有這些隔離元件，哪些地方沒有。同時你也應考慮到相關電源之間的隔離以及其它設備的隔離，還有相關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生不

5、可預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品可能會有所不同。請參考相應的PLC系統(tǒng)手冊，從中可以查到相應的產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數字輸入和輸出與CPU邏輯之間的隔離為 500V AC。 DC數字 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的導線連接到獨立導電點上（亦稱一點接地）。 24V DC電源回路與設備之間，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 在感性負載中要加入抑制電路，以抑制在關閉電源時電壓的升高?？梢圆捎孟旅娴姆椒▉碓O計具體的抑制電路。設計的有效性取決于實際的應用，因此必調整參數以適應具體的應用。要保護所有的器件參數

10、與實際應用相符合。 (2) 直流晶體管輸出模塊的保護 S7-200直流晶體管輸出內部包含了能適應多種安裝的齊納二極管，對于大電感或頻繁開關的感性負載還可以使用外部抑制二極管來防止擊穿內部二極管。 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。 這樣當晶體管由導通變?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備不僅要有行程開關限位，還要有極限限位保護。限位保護可以由電子限位開關、機械限位開關直至機械擋板等組成。 （2）急停保護 急停保護是 用來應付突發(fā)故 障時，避免導致 更大事故的措施。,（3）連鎖保護 在硬件設計中要考慮到有些可移動設備的連鎖問題。比如電機的正轉和反轉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備不會同時動作。常用的辦法是將兩個設備的常閉觸相互串聯(lián)，使用連鎖開關等。,8.2 軟件設計 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 距離 = 速度 X 時間 用時間代替距離, 自動復位保護：,2 可靠性設計 PLC的定時器可以用作確保PLC可 靠、穩(wěn)定、安全運行設計。 抗干擾設計 （解決限位開關的抖動干擾）,3 變量優(yōu)選設計 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，定時的依據。 機械手工作次數的計數： 機械手轉盤轉數的計數： 4 自檢保護設計 可以充分利用PLC的自檢功能，PLC多數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，否則應首先檢查外部電源，如果外部電源無故障，再檢查系統(tǒng)內部電源故障。檢查順序和內容如下表所述。 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。檢查順序和內容如下表。,,. 通訊故障檢查與處理 通訊是PLC網絡工作的基礎。PLC網絡的主站、各從站的通訊處理器、通訊模塊都有工作正常指示。

16、當通訊不正常時，需要進行通訊故障檢查。檢查順序和內容如下表。,. 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。檢查順序和內容如下表。,,,8.4 PLC的維護 要有一支具有一定技術水平，熟悉設備情況，掌握設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 定期檢修的內容如表所示。,應該說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PLC的故障檢查和處理方法。見表。,結束語,1 教學中不確切，不清楚，不正確之處盡請?zhí)岢?。以提高教學質量。 2 對教學方法不當之處，請多提寶貴意見，以改進培訓教學。 3 今后對PLC的有關問題，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_ 東北大學信息科學與工程學院 殷洪義,