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可编程序控制器（以下简称PLC）是在程序控制器和微机控制器的基础上发展起来的微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。从广义上讲，PLC是一种计算机系统，比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已基本取代了传统的继电器和接触器的逻辑控制。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大tigao。就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达3~5万小时；而三菱的F系列，据称其平均无故障时间已达30万小时。整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器和电磁阀等。从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对tigao系统的可靠性也有很大好处。下面就如何tigaoPLC控制系统的可靠性进行一些探讨。
1、从PLC的外围设备来考虑tigaoPLC的可靠性
PLC是专门为工业生产环境而设计的控制设备。当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强、湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。
1.1 工作环境的要求
除了为特殊工作环境而设计的PLC外，一般PLC工作的环境温度应在0~55℃的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离大的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装。
1.2 电源的要求
不同的PLC产品，对电源的要求也不同，这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。
对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求又较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开；必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%~30%的余量。对由控制器本身提供的直流电源，应了解它所能提供的大电流，防止过电流造成设备的损坏。
1.3 接地和接线
1)PLC的良好接地是正常运行的前提。在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地；如不能分开接地时，应采用共用接地；禁止采用共通接地方法。如图1所示，接地点应尽可能靠近PLC，接地线的线径应大于4mm2，接地电阻一般应小于10Ω。
图1 接地方法
2)PLC的接线包括输入接线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆；屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。
1.4 冗余设计和降级操作设计
1)对可靠性要求较高的应用场合，冗余设计和降级操作是必要的。冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时，冗余的后备系统也运行，两者输出的结果一致时，表示系统是正常运行的；一旦结果不一致，则发出警报信号，根据自诊断的结果，切换到正常的系统去。冷后备方式操作时，冷后备系统不运行，它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。对PLC来说，冗余系统的范围主要是CPU、存储单元、电源系统和通信系统，只有在可靠性要求很高时，才会包括输入输出单元的冗余等。
2)降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计。例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对人员的伤害。在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。
1.5 PLC的I/O电路
1)由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号，输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性。比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件。在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。现以一个简单的起动、停止控制线路为例，如图2和图3所示的是两个控制线路和它们的对应梯形图。这两个控制线路的控制功能完全一样，按下起动按钮，输出动作；按下停止按钮，输出断开；但它们的可靠性不一样。我们假设输出断开为安全状态，那么图3的可靠性要比图2的高。这是因为SB1、SB2都有发生故障的可能，而常见的现象是输入电路开路。当采用图3电路时，不论SB1、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都为安全状态，保证了系统的安全和可靠。
图2起、停控制线路 图3 起、停控制线路
2)在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管D（直流输入信号）。如图4所示：交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过实验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般选0.1μF+120Ω；负荷容量在10VA以上时，一般选0.47μF+47Ω较适宜。直流输入方式时，经试验得二极管的额定电流应选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍。
(a)交流输入方式 (b) 直流输入方式
图4 输入端有感性负荷时的方式
3)在输出端有感性负载时，通过试验得出：若是交流负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器；如交流是100V、200V电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47μF+47Ω，如图5所示。CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；若是直流负载场合，则在负载的两端并接续流二极管D，如图6所示。二极管也要靠近负载。二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。
图5输出端交流感性负载 图6 输出端直流感性负载
2、从PLC的软件程序来考虑tigao控制系统的可靠性
为了tigaoPLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束，则该定时器就立即被清零；若程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间到就无法清零，此时PLC发出报警信号。在设计应用程序时，使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时，编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视：该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的大时间；当启动该对象运行时，也启动该定时器。若该对象的运行程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常；否则，属运行不正常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形图如图7所示。图7中定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002为动作完成信号，M2为报警或停机信号。假设被控对象的运行程序完成一次循环需要50s，则定时器K值可取510（T1为100ms定时器）。当X001=1时，被控对象运行开始，T1开始计时；如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。
图7 检测程序
3、结语
PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些客观因素也干扰着控制系统的稳定性。通过设计正确的硬件线路，选择质量高的元器件，改善工作环境，编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的tigao
前言
可编程控制器（PLC）由于其运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、抗干扰性强而广泛应用于各种工业控制部分［1］，在智能现场控制系统中，选用PLC作为控制器是十分有效的。本文以汽车传动轴防尘罩的检测为背景，着重讨论一种基于PLC控制的模拟汽车传动轴防尘罩实际运行环境的高低温试验箱控制系统的研制。
汽车传动轴防尘罩的作用是防止灰尘、杂质等进入前轮传动轴的连接处，也防止高温润滑油从中溢出。根据有关规定，本系统要求防尘罩在2500转/分下保持其的断裂延展特性，在－60～150℃下，能通过1～6千万次循环试验。在此情况下，我们受委托对汽车传动轴防尘罩高低温试验箱进行改造，以工控机为人机接口，采用PLC程序控制系统。
1系统功能分析
传动轴防尘罩温度试验的基本要求是：在规定的温度下，以一定的转速运行一定的时间。交替设定温度、转速及时间（多为4组）循环一定次数构成一个测试阶段。测试过程多可设4个阶段，每个测试阶段的循环次数由测试员现场设定。实验中主要控制量有试验箱内温度（-60～150℃）、传动轴转速（0～1500rpm）、固定角及滑动角角度、测试时间（1～60000分）及阶段循环次数。测试过程要求调整固定角及滑动角的角度、启动温度控制系统使温度逐步达到设定值、使传动轴在设定的转速下运行规定的时间。现场设定不同的条件交替测试，循环一定周期。
根据测试要求，系统应具有手动，自动操作功能。手动操作时，操作人员可以直接控制电机、压缩机、加热器等设备的启停，进行设备维修，调试和试验等；自动操作时，测试装置自动完成整个测试过程。控制系统还应具有完善的保护功能以保护人员及设备安全。任何时候都可以强行停止测试。若测试过程因故障原因终止，需要记录故障原因及测试进展状况。
2控制系统的设计与实现
2.1 控制系统硬件结构设计
本系统人机界面部分采用台湾研华公司生产的奔腾机，软件部分采用Delphi编程，在系统中协调控制，打印输出，过程值显示，控制核心部件为OMROM的可编程控制器，它负责各控制系统所需要的各种逻辑控制和运算。被控对象有变频调速系统和温度系统。变频调速由日本安川公司生产的变频器驱动传动轴电机，使传动轴保持一定的转速。温度控制系统是一个典型的闭环控制系统，温度测量元件为铂电阻，由PLC控制电加热器及压缩机，实现加热或制冷。加热系统由三个电加热管组成，制冷系统由两级压缩机组成，其通断由PLC控制。
为实现检测控制要求，本系统采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作为主控单元。其输入点数为24点，输出点数为16点。该PLC具有体积小，重量轻，运行可靠，保护方便等特点。系统除了基本的开关量的输入/输出外，还配有模拟量的输入/输出扩展单元。模拟量输入单元用于接收Pt100热电阻温度信号，模拟量输出单元控制变频器输出频率，实时检测全部模拟信号，进行工程量转换，并与设定的上下值比较，开关量单元用于控制电机的启停，故障的报警等。PLC的I/O分配和功能如图1所示。
2.2变频器控制系统
本系统的传动轴转速由变频器控制。控制部分主要由PLC、变频器、光电接近开关组成。传动轴旋转部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K变频器驱动变频电机。采用转速闭环矢量控制，调速范围0～2500r/min,调速精度<0.02%。PLC通过模拟量输出单元将0～6000的数字量信号转换成4～20mA电流信号给变频器作为频率输出设定。传动轴实际转速反馈信号由PG光电接近开关检测输出，其输出脉冲经PLC计算作为电机的速度负反馈信号。
根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，变频器内部的PID调节器设定为比例积分调节方式，由PLC的速度给定值与由脉冲编码器检测的现场速度反馈值比较后，得到速度偏差，经比例积分控制器处理后，输出的二次电流信号作为频率输出，送矢量控制系统，控制电机运行。恒功率的分界点以及它们的频率范围内的P.I值，由现场负荷调试确定，已达到佳运行效果。
因为转角电机的频繁快速启停，制动时经常会产生很高的泵升电压，因所选变频器为交-直－交电压源时，泵开电压不能回馈电网，故采用制动单元并配以电阻加以吸收。当变频器直流电路升高到一定值（660VDC）时，制动单元中的IGBT管被触发导通，接通制动电阻回路，将转角电机的回馈电能消耗在制动电阻上，以满足快速停止的要求。
2.3温度控制系统
试验箱内的温度调节范围为－60℃～150℃，具体值由操作员现场设定。系统加热时采用三个晶闸管控制的电加热管，合上主回路的操作开关，整个加热装置开始运行，未达到设定温度时，固态继电器SSR1吸合，1号加管加热，系统逐级开启2号，3号加热管。达到设定温度时，进入保温阶段，采用控制3号，2号加热器的输出通断来调功调温。［2］使用控制箱风机来保证温度均匀变化。如果箱内温度达到高温界限，系统将会报警。
单级蒸汽压缩制冷所能达到的蒸发主要取决于冷凝温度及压力比，对于氟利昂制冷剂，一般压力不超过10，这样采用单级蒸汽压缩制冷循环，一般只能制取-20～-40℃的低温采用单级蒸汽压缩制冷循环将无法满足本系统制取-60℃低温的要求，在此情况下，决定采用两台低温压缩机组成的复叠式制冷系统，两级复叠制冷系统将级蒸发器与第二级冷凝器复叠在一起，使第二级低温制冷剂在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸发，以获得系统所需要的低温。［3］
3 PLC控制系统的软件设计
为了方便调试和编程，整个软件系统采用模块化编程，主要由手动运行模块，自动运行模块和故障诊断和报警模块。在软件编制时，采用了一些抗干扰措施，增强了整个系统的抗干扰能力，在计算机上可以实现实时操作，控制并观察现场各设备的运行情况。
当系统处于手动运行时，PLC接收各设备状态，由此判断各设备的运行状态，可单独运转变频电机、加热器、制冷系统的压缩机。便于系统的调试和维修。
系统自动运行时，只须按照计算机屏幕提示，设置操作参数，，试验即完全自动进行下去，并在计算机屏幕上实时显示各设备参数。试验过程中或试验结束后，均可按照提示选择打印方式打印。以下重点介绍温度控制子程序。
由于系统采用三套晶闸管控制的电加热器。常用的控制方式有两种：一种是分段开关控制，根据温度的高低，逐级开启或关闭加热器。这种方法温度偏差大，精度较低。另一种是PWM脉宽调制，在PLC中实现PWM程序比较复杂。回路中的电加热器为满足温度恒定的需要，经常切换工作状态，而常规的电磁继电器开关触电易磨损，寿命短。对种方法进行改进［4］。
由于系统是二阶系统，在系统温度下降时，增加加热管，温度由于惯性的原因，温度继续下降一段时间后再上升，同样减少加热管，温度会上升一段时间后再下降。我们将前后两次测量值进行比较，得到温度偏差e，系统根据e来控制加热器的状态转换。当e较大时，此时通过逐级打开加热器来调整温度。
启停切换顺序为：启动顺序：1＃ 2＃ 3＃；停止顺序：3＃ 2＃ 1＃；温度的变化值e:e=Ti－Ti－1。其中Ti,Ti－1分别是本次温度采样值与前次温度采样值，并记试验箱温度允许上限为HSP，允许下线为LSP。PV为温度测量值。考虑到前后两个采样周期的变化温度e变化不大。当当前温度值PV＋前一个周期变化温度值e﹥温度设定上限HSP时，就减少加热管。当PV+e﹤LSP时，就增加电加热管。程序框图如图三所示。
电气系统已设计了各种保护，并直接作用至断电，其中包括：缺相保护、过载保护、旁路保护。其中变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号，系统把各故障点相应的接触器、短路器等元件的辅助触电接到PLC，PLC扫描输入这些触电的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了问题。
4结束语
可编程控制器（PLC）控制的汽车传动轴防尘罩高低温试验箱可以控制传动轴转动速度、调整其运行环境温度、实时监测试验箱内各种变量状态、灵活处理数据的通信，并将数据实时显示在计算机上，可以将所得的数据进行存储打印输出，以便后查。大大tigao了系统的效率。
一、概述：
NOEGR1400/2型大卷装液压传动染色机由葡萄牙诺菲尔公司所制造，单台价值一百多万元；适用于小批量、多品种平幅织物在常温常压下平幅退煮漂、浸染、漂洗、放样、剥色等生产工艺。是规模以上纺织印染企业不可或缺的技术装备.国内多家印染企业拥有该机型;此机的核心技术是在较大容布量（800---6000米）的情况下保证卷绕辊在运转过程中保持线速度、布面张力的恒定。电气自动控制电脑部分原采用意大利Termoelectronica公司产的Z8单片机专用控制器(目前制造厂家已不再生产)；集控制、显示、参数设置于一身；国内不易采购。
二、改造理由：
随着使用年限的增加，印染车间里潮湿的生产环境,使得主控制电脑出现接插件老化、接触不良和线路板被腐蚀严重及参数易丢失、死机的现象。易造成控制动作失常，信号失真,影响到速度、张力控制器件的正常工作（或造成损坏）；另一方面,原设计中同步闭环速度反馈传感器的机械连接部件(机械密封)，由于与染液接触，轴心度易磨损，存在极易损坏(甚至造成传感器的损坏)的缺陷,进而影响到线速度、张力的稳定性；造成色布前后色差等。以及要求输入参数多,操作步骤繁琐.设备维修量较大,电脑备件国内无处购买，影响生产进度。较难满足现代工业生产的需要。
针对上述种种不利因素，我们提出了相应的改造方案，使用比较先进的技术平台-----通用型可编程序逻辑控制器（PLC）系列及人机界面（触摸屏）产品替换原有的Z8单片机专用控制电脑。
三、系统构成：
此设备液压传动部分(液压部件为德国产”博世”牌)设计较为先进,在国内大卷装染色机同类产品中处地位且基本完好，改进原则是不需对液压传动主控回路做出改进,只对原电气电脑自动控制部分进行改造。继续使用原机原有的电器配件，重新设计制图,按卷染工艺特点编制相应的应用程序。选用通用PLC、触摸屏系列系统地完成此设备人机对话和自动控制的替换。整个控制系统结构如图一所示：
控制指令由系统触摸屏集中操作，系统通过操作员指令输出控制信号，并根据闭环采集的数据，计算出速度、张力所需值，控制液压阀的liuliang，带动液压马达的转动，实现在恒张力下A、B卷绕辊的线速度恒定。完成织物在浸染缸内多道转移浸染的染色等工艺。
在核心应用程序的设计中，以卷绕辊线速度为“主”控制变量,以张力为“从”控制变量，两者交替控制，在每种控制中又采用在线规则自调整的PID控制功能。从而从根本上解决了整个系统的“恒线速度”、“恒张力”的问题，在极大程度上tigao了系统运行的可靠性、稳定性。并省去同步闭环速度反馈传感器,闭环反馈作用由应用程序根据采集的数据计算来实现。
程序框图如下:
四、主要技术特点：
所需应用程序根据工艺操作要求经在线调试修改完善，已使得机器的线速度、张力恒定性好，使得机器自动化程度tigao，性能稳定可靠，功能增强，操作简便直观，降低了劳动强度，大大tigao了生产效率。
1、适用于液压、交流变频、直流电机三种传动方式的应用。
2、减少操作步骤,无需输入参数,能使操作人员较快熟悉并熟练操作机器。
3、可实时按工艺要求改进或增加实用功能，备件易购。
4、卷绕辊卷径动态变动,而卷绕主辅辊线速度,布面张力恒定。
5、系统集成度高，电气结构简单直观易查。降低了故障发生率。
五、主要功能：
1、全中文触摸人机界面，且操作简便，视窗友好直观。
2、机器手动、自动状态选择。
3、单键控制换向选择。
4、A、B辊卷绕量通过卷绕辊上的传感器实时采集,实时显示。
5、手动/自动换向功能。
6、速度设置范围0---150米。
7、“摆”功能---作用于A、B辊织物转移末尾阶段，使用于工艺准备阶段。
8、织物总转移道数实时记录显示功能。
9、染槽间接、直接双恒温控制系统。
10、快、慢速进料选择。
11、加料量多少选择。
12、染槽内液位指示。
13、A、B辊卷绕量清零功能。
14、卷绕辊上的初始引布用量为5米。
15、采样功能，根据A、B辊采样点的设置，自动停车采样。
16、“道数记置”功能---作用于每道工艺A、B辊织物转移所需道数设置值结束时，自动进入“摆”状态。
17、每道运转时间实时显示,方便染色时间的确定。
18、給定速度、实际速度无需切换实时显示。
19、实时日期时钟显示功能。
20、功能控制钮统一集中于触摸屏之上，方便操作。
六、方案应用经济评价：
安徽华皖碳纤维(集团)有限公司1996年购置该机型4台.在染色生产中经常发生电脑故障,对染色工艺的顺利完成影响很大.经统计，年维修费和产品降等损失费用在5万元左右.2003年改造后电脑故障率为零。产量质量效益tigao显著,改造效果得到好评。
实践证明，触摸屏、PLC控制系统经过两年来的使用，软硬件工作稳定,整机运行稳定可靠，实施的改造方案非常成功；生产质量稳定，产量增加，劳动强度和生产成本明显降低,经济效益显著；触摸屏、PLC控制系统性能优良等特点使它在工业电气自动化方面有着广阔的应用天地。