基于PLC的多种液体混合灌装机控制系统设计

本科毕业论文（设计）论文题目：基 于 PLC 的 多 种 液 体 混 合 灌 装 机 控 制系 统 设 计学生姓名：所在院系：所学专业：导师姓名：完成时间：摘 要以三种液体的混合灌装控制为例，将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达到一定的温度才能将混合的液体输出容器。并形成循环状态。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对 不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心,从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计 流程、 设计要求、梯形 图设计 、外部连接通信等）,旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用日本松下公司的AFP12417 系列 PLC 去实现设计要求。关键词 ：多种液体，混合装置， 自动控制The design of the liquid mixture in three control as an exampleAbstractthe request is to a certain proportion by the three liquid mixture, stirring after the motor to reach a certain temperature can be mixed containers of liquids output. And form a cycle. Liquid hybrid systems of control designed taking into account the continuity of its action and charged with various equipment moves between the interrelated, and for different working conditions, and make the appropriate motor control output, thus realizing the liquid hybrid systems from the first liquid Added to the mixture to complete the output of such a cycle control of the program. Designed to liquid mixed as the central control system, control system from the hardware components, software system to choose the design process (including design, design process, design requirements, the ladder design, external communications link, etc.), which seeks to The design and production process of doing brief introduction and description. Designed with the AFP2417 Corporation PLC to achieve the design requirements.Keywords ：Variety of liquid； Mixed devices； Automatic control目 录1 绪论 .42 多种液体混合灌装机控制系统设计 .52.1 方案设计 .52.2 方案的介绍 .53 硬件电路设计 .63.1 总体结构 .63.2 液 位 传感器的选择 .83.3 温度传感器的 选 择 .83.4 搅拌电机的选择 .93.5 电磁阀的选择 .93.6 接触器 .103.7 热继电器的选择 .103.8 PLC 的选择 .103.9 PLC 输人、输出口分配 .123.10 液体混合装置输人/输出接线 .124 软件电路设计 .144.1 程序框图 .144.2 根据控制要求和 I/O 地址 编制的控制梯形图 .154.3 语句表 .175 系统常见故障分析及维护 .185.1 系 统 故 障 的 概 念 .185.2 系统 故 障 分 析 及 处 理 .185.2.1 PLC 主机系 统 .185.2.2 PLC 的 IO 端口 .185.2.3 现 场 控 制 设 备 .185.3 系统抗干扰性的分析和维护 .196 结束语 .21致谢 .22参考文献 .231 绪论为了提高产品质量，缩短生产周期，适 应产品迅速更新换代的要求， 产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在 炼油、化工、制药等行业中,多种液体混合是必不可少的工序, 而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行 业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质, 以致现场工作环境十分恶劣, 不适合人工现场操作。另外, 生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点, 这也是人工操作和半自动化控制所 难以实现的。所以为了帮助相关行业, 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制, 从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。借助实验室设备熟悉工业生产中 PLC 的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其 见于化学化工业中，便于学以致用。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968 年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（GM）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言” 编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花 费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便地使用。这个方案首先得到了美国数字设备（DEC）公司的积极响应，并中标。该公司于 1969 年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC（有的称为 PC），并在 GM公司的汽车自动装配线上试验获得了成功。PLC 一经出现 ，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC 的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在 PLC 中的应用，使 PLC 的功能不断得到增强，产品得到 飞速发展。采用基于 PLC 的控制系统来取代原来由单片机、 继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企 业产品质量的波动，因此具有广 阔的市场前景。用 PLC 进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用 PLC 来取代 传统的继电器控制。本次设计是将 PLC 用于多种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有(1)使液体灌装机能够实现安全、高效的灌装；(2)满足灌装的各项技术要求；(3) 具 体 内 容 包 括 多 种 液 体混 合 控 制 方 案 的 设 计 、软 硬 件 电 路 的 设 计 、常 见 故 障 分 析 等 等 。本课题应解决的主要问题是如何使 PLC 在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报道中用 PLC 对灌装机进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况，正确选 用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。2 多种液体混合灌装机控制系统设计2.1 方案设计整个设计过程是按思想工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务。设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。 设计原则主要包括：工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、 稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小 设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员 迅速掌握。从企 业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考 虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。2.2 方案的介绍就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。（1）继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、 电流、转速、 时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难， 虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。 （2）单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括 CPU、存储器、定 时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是， 单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工 业 控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O 接口电路，硬件 设计、制作和程序设计的工作量相当大。 （3）工业控制计算机控制工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有 实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 （4）可编程序控制器控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代 继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器(PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工 业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着 30 多年来微电 子技术的不断发展， PLC 也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据 处理功能、 连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。 3 硬件电路设计3.1 总体结构从图 1 中可知设计的液体混合装置主要完成三种液体的自动混合搅拌并控制温度，如图 1 所示。此装置需要控制的元件有：其中 L1、L2、L3 为液面 传感器，液面淹没该点时为 ON。Y1、Y2、Y3、Y4 为电 磁阀， M 为搅拌电机， T 为温度传感器，H 为加热器。另外还有控制电磁阀和电动机的 1 个交流接触器 KM。所有这些元件的控制都属于数字量控制，可以通过引线与相应的控制系统连接从而达到控制效果。图 1 液 体 混 合 灌 装 机（1）初始状态容器是空的，各个阀门 Yl、Y2、Y3、Y4 均为 OFF，液位传感器 L1、L2、L3均为 OFF，电动机 M 为 OFF，加热器 H 为 OFF。（2）启动操作按下启动按扭，开始下列操作:1) Y1=Y2=ON，液体 A 和 B 同时注人容器。当液面达到 L2 时，L2=ON ，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关 闭 Y1 和 Y2 阀门，打开液体 C 的阀门 Y3。2) 液面达到 L1 时， Y3=OFF，M=ON，即关 闭阀门 Y3，搅拌机 M 启动，开始搅拌。3) 经 10s 钟搅匀后，M=OFF，停止搅动， H=ON，加热器开始加热。4) 当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加 热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。5) 液面低于 L3 时，L3 从 ON 到 OFF,再经过 5s，容器放空，使 Y4=OFF，开始下一周期。（3）停止操作按下停止键，无论处于什么状态均停止。3.2 液 位 传感器的选择选用 LSF-2.5 型液位传感器其中“L” 表示光 电的， “S”表示 传感器， “F”表示防腐蚀 的，2.5 为最大工作压力。LSF 系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位 检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时 ，光被前端的棱 镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。LSF 光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）工作压力可达 2.5Mpa（2）工作温度上限为 125C（3）触点寿命为100万次（4）触点容量为70w（5）开关电压为24V DC（6）切换电流为0.5A3.3 温度传感器的 选 择选用KTY81-210A型温度传感器其中“T” 表示温度KTY系列温度传感器采用进口Philips硅电阻元件精心制作而成，具有精度高，稳定性好，可靠性强，产品寿命长等优点, 该温度传感器已广泛应用于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、 发动机冷却系统、工业控制系统 中过热保护、加 热控制系 统、 电源供电保护等。选用KTY81-210A型温度传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：（1）测量温度范围为 -50150（2）温度系数TC 为 0.79%/K（3）精度等级为 0.5%（4）公称压力为 0.6MPa 3.4 搅拌电机的选择选用 EJ15-3 型电动机其中“E” 表示 电动机， “J”表示交流的，15 为设计序号，3 为最大工作电流相关元件主要技术参数及原理如下：EJ15 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（1）额定电压为 220V，额定 频率为 50Hz，功率为 2.5KW，采用三角形接法。（2）电动机运行地点的海拔不超过 1000m。工作温度 -1540C /湿度90%。（3）EJ15 系列电动机效率高、节能、堵 转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。其硬件接线如图 2。图 2 硬 件 接 线3.5 电磁阀的选择（1）入罐液体选用 VF4-25 型电磁阀其中“V”表示电磁阀， “F”表示防腐蚀，4 表示设计序号，25 表示口径（mm） 宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：1）材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、 盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。2）介质温度150 /环境温度-2060C。3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：2.5KW。5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭， 动作响应迅速，高频率。（2）出罐液体选用 AVF-40 型电磁阀其中“A”表示可调节流量， “V”表示电磁阀， “F”表示防腐蚀，40 为口径(mm)相关元件主要技术参数及原理如下：1）其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3）使用电压：AC：220 V50Hz/60Hz DC：24V。4）功率：AC：5KW。3.6 接触器选 用 CJ20-10/CJ20-16 型接触器其中“C”表示接触器， “J”表示交流，20 为设计编号，10/16 为主触头额定电流相 关 元 件 主 要 技 术 参 数 及 原 理 如 下 ：（1）操 作 频 率 为 1200/h（2）机 电 寿 命 为 1000 万 次（3）主 触 头 额 定 电 流 为 10/16（A）（4）额 定 电 压 为 380/220（A）（5）功 率 为 2.5KW3.7 热继电器的选择选用 JR16B-60/3D 型热继电 器其中“J ”表示继电器， “D”带 断相保护相 关 元 件 主 要 技 术 参 数 及 原 理 如 下 ：（1）额 定 电 流 为 20（A）（2）热 元 件 额 定 电 流 为 32/45（A）3.8 PLC 的选择传统的控制方法是采用继电器接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制。还能实现与上位 计算机等智能设备之间的通信。因此，将可 编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点 1。在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为7点，考 虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC 。由于本系统的控制是顺序控制，选用日本松下电工公司生产的AFP12417 PLC作控制 单元来控制整个系统。之所以选择这种PLC ，主要考 虑 FP系列PLC有以下特点 2：（1）丰富的指令系统。在FP系列PLC中，即使是小型机，也具有近200条指令。除能实现一般的逻辑控制外， 还可进行运动控制、复杂数据处理，甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制。而且各类PLC 产品的指令系统都具有向上兼容性，便于应用程序的移植。（2）快速的CPU处理速度、大程序容量。（3）大的网络通信功能。可直接连接调制解调器，可方便地与其他PLC 或上位机连成通信网络，通过上位 计算机对生产现场的PLC进行实时监控。在生 产规模较大，所控制的机床达到两台以上时，可采用 1：n上位链接通信方式，用一台 计算机管理多台床，构成一个二级分布式集一散控制系统。（4）编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）颁布的 PLC的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、定时、 计 数和算数运算等操作的指令，并通过 数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC 的一般结 构如图 3 所示，由图可见主要有 6 个部分组成，包括 CPU(中央处理器) 、存储器、输入 输出接口电路、电源、外 设接口、I/O 扩展接口。（1）中央处理单元（CPU）与通用计算机中的 CPU 一样。 PLC 中的 CPU 也是整个系 统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据 总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。 CPU 在很大程度上决定了PLC 的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。（2）存储器存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型有 RAM、EPROM、 EEPROM等。图 3 PLC 结构图（3）I/O 模块输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或 I/O 单元。PLC 的对外功能主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是 PLC 与现场 I/O 装置或 设备之间的连接部件，起着 PLC 与外部 设备之间传递信息的作用。通常 I/O 模块 上还有状态显示和 I/O 接线端子排，以便于连接和监视。（4）电源模块输入、输出接口电路是 PLC 与现场 I/O 设备相连接的部件。它的作用是将 输入信号转换为 PLC 能够接收和处理的信号，将 CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。3.9 PLC 输人、输出口分配输 入 /输 出 地 址 分 配 如 表 1表 1 液 体 混 合 装 置 输 入 /输 出 地 址 分 配输 入 点 地 址 功 能 输 出 点 地 址 功 能X0 SB0 启 动 按 钮 Y0 报 警 灯 HLX1 L1 液 位 传 感 器 Y1 电 磁 阀 Y1X2 L2 液 位 传 感 器 Y2 电 磁 阀 Y2X3 L3 液 位 传 感 器 Y3 电 磁 阀 Y3X4 T 温 度 传 感 器 Y4 电 磁 阀 Y4X5 SB1 停 止 按 钮 Y5 搅 拌 机 MX6 FR 常 闭 触 点 Y6 加 热 器 HY7 热 继 电 器 FR3.10 液体混合装置输人/输出接线输 人 /输 出 接 线 图 如 图 4（1）两种液体的进人当 PLC 接通 电源后，按下启动按钮 SB0 后，触点 X0 接通，由于有微分指令DF，使 该路只接通一扫描周期，通过保持指令 KP 使 Y1、Y2 输出继电器线圈得电并保持，分别与之相接的 Y1、Y2 电磁阀带电接通，流进两种不同成分的液体。（2）第三种液体的进人当液体达到 L2 液位传感器的位置时，X2 输人继电器接通使 Y1、Y2 关闭，同时地址为 16 的 X2 接通，利用 KP 指令使输出继电器 Y3 接通并保持，与之相连的 Y3 电磁阀得电接通，第 3 种液体流进液罐。图 4 液 体 混 合 装 置 输 人 /输 出 接 线 图（3）搅拌机工作当液位到达 L1 液位传感器的位置时，该传感器检测到该信息，使 Xl 输人继电器线圈得电，在梯形图中它的 X1 常开触点接通，通过 KP 指令复位端，使输出继电器 Y3 关闭，与之相连 的砚电磁阀关闭，同 时接通地址为 32 的 X1 常开触点，使代表搅拌机 Y5 的输出继电器接通。（4）加热器工作搅拌机通过 Y5 的输出信号得电并开始搅拌，并用 TIMY0 定时器定时，定时时间为 10s。10s 到后，地址为 45 的定时器常开触点 T0 接通，使 Y6 输出继电器得电，与之相连的加热器 H 这时接通，开始加热液体，同时关闭 Y5 使搅拌机 M停止。（5）混合液体开始排出当液体温度达到预定温度时，温度传感器 T 检测到该信息，同时梯形图中地址为 47 的 X4 接通使 Y6 失电，从而使加热器 H 关 闭，同时接通地址为 51 的 X4常开触点，使 X4 接通，与之相连的 Y4 电磁阀打开，排出搅拌均匀后的混合液体。（6）混合液体排完当液位低于 L3 液位传感器的位置时，L3 液位传感器由通到断，使 X3 也由通到断，这样相当于一个下降沿，驱使 DF 产生一个 扫描周期的脉冲，通过 KP 指令置位端使辅助继电器 R0 接通，接通后使定 时器 TMY1 定时，大约 5s 时间，液体排完。（7）重复液体混合过程重复液体混合过程是通过并联在梯形图地址为 2 位置上的定时器 TMY1 常开触点实现的。同时 T1 常开触点也接通，通过保持保持指令 KP 使 R0 复位，定时器关闭。4 软件电路设计4.1 程序框图程序框图如图 5启动Y1Y2 开， 进 液体 A、B到 L2, Y1、Y2 关、Y3 开进液体 C到 L1,Y3 关、Y5 开，即开始搅拌10s 后，Y6 开，即开始加热Y5 关，到预定温度时，Y6 关，Y4 开，即排出混合液体当 液 位 低 于 L3 时 ,L3 由 通 到断 TMY1 定 时 ，5s 后，Y4 关按停止按钮？结束图 5 程序框图4.2 根据控制要求和 I/O 地址编制的控制梯形图控制梯形图如图 6图 6 控 制 梯 形 图4.3 语句表表 2 语 句 表0 ST X0 45 ST T01 DF 46 AN/ T22 OR T1 47 ST X43 ST X2 48 OR X54 OR X5 49 DF5 DF 50 KP Y66 AN/ T2 51 ST X47 KP Y1 52 DF8 ST X0 53 ST X69 DF 54 DF10 OR T1 55 OR T111 ST X5 56 AN/ T212 OR X2 57 KP Y413 DF 58 ST X314 AN/ T2 59 DF/15 KP Y2 60 ST T116 ST X2 61 KP R017 DF 62 ST R018 ST X1 63 TMY 119 OR X5 K 520 DF 67 ST X621 AN/ T2 68 OT Y722 KP Y3 69 ED23 ST Y324 OR Y225 OR Y126 TMY 2K 2030 ST T231 OT Y032 ST X233 DF34 ST X535 DF36 OR T037 AN/ T238 AN/ Y739 KP Y540 ST Y541 TMY 0K 105 系统常见故障分析及维护为了延长 PLC 控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发 生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系 统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对 PLC 过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。5.1 系 统 故 障 的 概 念系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为 PLC 故障和现场生产控制设备故障两部分。 PLC 系统包括中央处 理器、主机箱、 扩展机箱、IO 模 块及相关的网络和外部设备。现场生产控制 设备包括 IO 端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、 电动机等。5.2 系统 故 障 分 析 及 处 理5.2.1 PLC 主机系统PLC 主机系统 最容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作、散热中，电压 和电流的波动冲 击是不可避免的。系 统总线 的损坏主要由于现在 PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下， 总线 的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘 埃、紫外 线等因素对设备 的破坏。目前 PLC 的主存储器大多采用可擦写 ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外， 还和底板的供电、CPU 模 块工艺水平有关。而 PLC 的中央处理器目前都采用高性能的 处理芯片，故障率已经大大下降。对于 PLC 主机系统的故障的 预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘 ，使 PLC 的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。5.2.2 PLC 的 IO 端口PLC 最大的薄弱 环节在 IO 端口。 PLC 的技术优势在于其 IO 端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，IO 模块 是体现 PLC 性能的关键部件，因此它也是 PLC 损坏中的突出环节。要减少 IO 模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。5.2.3 现 场 控 制 设 备在整个过程控制系统中最容易发生故障地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。(1)第 1 类故障点是在 继电器、接触器。 PLC 控制系统的日常维护中， 电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变 形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。(2)第 2 类故障多 发点在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电 气、液 压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长 期使用缺乏维护，机械、 电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加 强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。(3)第 3 类故障点是 传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时 信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的 变频器输出电缆，而且要在 PIC 内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。5.3 系统抗干扰性的分析和维护由于 PLC 是 专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用 于工业环境中。但如果工作 环境 过于恶劣，如干扰特别强烈,可能使 PLC 引起 错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作,就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。外界干扰的主要来源有 3： （1）电源的干扰 供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 （2）感应电压的干扰 PLC 周围邻近的大容量 设备启动和停止时，因 电磁感应引起的干扰;其它设备或空中强电场通过分布电容串入 PLC 引起的干扰。 （3）输入输出信号的干扰 输入设备的输入信号线间寄生电容引起的差 模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰;在感性负载的场合，输出信号由断开一 闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。 （4）外部配线干扰 因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装、布 线不合理等产生的干扰。提高 P L C 控制系 统抗干扰性能的措施 ：（1（ 科学选型。（2（ 选择高性能电源，抑制电网干扰。（3（ 正确选择接地点，完善接地系统。（4（ 柜内合理选线配线，降低干扰。6 结束语实践证明，本设计所采用日本松下公司生产的 AFP12417 型可编程控制器的硬件配置和程序设计是完全可行的，在实际控制中，由于 PLC 产品自身具