從電氣自動(dòng)化安全的角度分析西門子工業(yè)控制的PLC應(yīng)用

田忠賀

【摘 要】隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，降低工作強(qiáng)度，提高工作效率，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)提出了更高的要求，自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)該擁有高可靠性與高靈活性，西門子PCL的出現(xiàn)滿足了這一要求，使PLC系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化工業(yè)中廣泛地運(yùn)用。論文闡述了PLC的基本構(gòu)成及其特點(diǎn)，探究了PLC在電氣自動(dòng)化工業(yè)中的應(yīng)用和注意事項(xiàng)，并對(duì)PLC的應(yīng)用提出了建議。

【Abstract】With the rapid development of communication technology and computer technology， the computer control technology has been widely used in many industrial fields. In order to promote the development of industry， reduce work intensity， improve work efficiency， the industrial production of automation control technology has put forward higher requirements， the automation control technology should have high reliability and high flexibility， the SIEMENS PCL meet this requirement， the PLC system used widely in electrical automation industry. This paper expounds the basic structure and characteristics of PLC， and probes into the application and matters needing attention of PLC in the electric automation industry， and puts forward some suggestions on the application of PLC.

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；PLC；應(yīng)用

【Keywords】electric automation； PLC； application

【中圖分類號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）03-0082-02

1 引言

傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)容易受到許多因素的影響，如設(shè)備、技術(shù)等，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，發(fā)生了一些故障，對(duì)我國自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了影響?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中運(yùn)用的有利形勢(shì)在逐漸加大，可以克制自動(dòng)化控制技術(shù)中某些缺陷，如短路控制等，進(jìn)而加強(qiáng)生產(chǎn)效率，節(jié)約了物力、人力資源，促進(jìn)自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展。

2 PLC技術(shù)簡介

“Programmable Logic Controller”簡稱為PLC技術(shù)，也就是可編程控制器，它是組成計(jì)算機(jī)的重要部分之一，主要功能是設(shè)計(jì)工業(yè)控制邏輯[1]。

2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC主要是由CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量、模擬量輸出輸入模塊、接口模塊、通信模塊和編程設(shè)備幾個(gè)模塊組成。①CPU模塊。它包括了微處理器、存儲(chǔ)器這兩個(gè)部分，主要的工作任務(wù)是不斷采集輸入信號(hào)，更新系統(tǒng)的輸出信號(hào)，用戶程序的執(zhí)行、用戶程序及其數(shù)據(jù)都是由存儲(chǔ)器來儲(chǔ)存的。②電源模塊。其功能是把220V交流電轉(zhuǎn)換成24V直流電，并提供5V直流電給背板總線，通過背板將5V直流電供給網(wǎng)線。③數(shù)字量、模擬量輸出輸入模塊。數(shù)字量輸出模塊管理和控制著閥體、接觸器、報(bào)警裝置等設(shè)備。模擬量輸出模塊則控制著變頻器與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。輸入模塊主要功能是收集輸入信號(hào)，如數(shù)字量與模擬量、采集開關(guān)、電位器、變送器、按鈕、測(cè)速發(fā)電機(jī)、壓力繼電器等的輸入信號(hào)。④接口模塊。其作用是擴(kuò)展PLC的容量，同時(shí)向擴(kuò)展模塊提供電源。⑤通信模塊。它的功能是完成PLC與其他設(shè)備間的通信?？梢栽诠I(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、MPI、AS-I中接入PLC。⑥編程設(shè)備。西門子PLC選擇的編程設(shè)備是安設(shè)了STEP7編程軟件的計(jì)算機(jī)，既可以在計(jì)算機(jī)顯示器上開始編輯文本程序、圖形程序，又能把程序上傳到編程設(shè)備中或?qū)⒊绦蛳螺d到CPU內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以遠(yuǎn)程編輯PLC[2]。

2.2 PLC的特點(diǎn)

PLC技術(shù)所具有的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。①較高的性價(jià)比，在PLC中，應(yīng)用了許多編程元件，使控制功能較為完備。②抗干擾性強(qiáng)，PLC技術(shù)中應(yīng)用了抗干擾的辦法，讓系統(tǒng)具備了抗干擾的功能。③簡單、便捷，PLC技術(shù)的編程較為簡單，在短時(shí)間內(nèi)即可完成開發(fā)過程，使用起來相當(dāng)便捷。④完善的設(shè)備，現(xiàn)階段的PLC硬件設(shè)備是比較完備的。

3 PLC技術(shù)工廠中的應(yīng)用及其注意事項(xiàng)

3.1 PLC技術(shù)在工廠中的應(yīng)用

PLC是控制電氣系統(tǒng)的主要應(yīng)用，它主要的表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。①應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理內(nèi)，因?yàn)镻LC應(yīng)用時(shí)具備許多功能，能都完成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)等多項(xiàng)操作，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)，利用相關(guān)軟件開始處理與分析，能夠達(dá)到大型化控制，此功能廣泛運(yùn)用到了冶金工業(yè)、食品工業(yè)的領(lǐng)域中。②控制運(yùn)行閉環(huán)結(jié)構(gòu)的過程，此應(yīng)用主要是控制某些不斷產(chǎn)生新狀態(tài)的模擬量，如溫度、流量、液位及壓力等。控制閉環(huán)需要利用到模擬量轉(zhuǎn)換和數(shù)字量轉(zhuǎn)換，并且使用CPU來處理模擬量，完成聯(lián)網(wǎng)對(duì)接，連接計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制設(shè)備能達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。③應(yīng)用在開關(guān)量的控制邏輯中，此控制部分能從數(shù)字量與次序這兩方面來控制。

3.2 PLC技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

PLC技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)控制時(shí)，對(duì)周圍的環(huán)境條件具有一定要求，如濕度、震動(dòng)、溫度和空氣等。①溫度方面：一般情況下，PLC的工作環(huán)境溫度需要維持在0～55℃內(nèi)，因此在安裝PLC設(shè)備時(shí)，需要考慮安裝地點(diǎn)的通風(fēng)情況和散熱情況，不可以裝設(shè)在具有較大發(fā)熱量的元件或設(shè)備的上方；擴(kuò)充單元、基本單元兩者間需要保持間隔距離不可以小于30mm；在PLC設(shè)備上下兩個(gè)部位，分別設(shè)計(jì)百葉窗，不僅能起到通風(fēng)的作用還可以免防止陽光直接照射；若是工作環(huán)境內(nèi)溫度大于55℃，則需要裝設(shè)電風(fēng)扇來強(qiáng)制散熱、通風(fēng)。②濕度方面：空氣相對(duì)濕度不能高于85%，才可以確保PLC的絕緣性能最好。③震動(dòng)方面：遠(yuǎn)離震級(jí)高的震動(dòng)源，防止相連接續(xù)的震動(dòng)或者10～55Hz多次的震動(dòng)。若安裝的位置無法避免而定要出現(xiàn)震動(dòng)，則可以選擇有效的減震措施，如增添震動(dòng)膠等。④空氣方面：防止接觸易燃性氣體和腐蝕性氣體，若是安裝地點(diǎn)有腐蝕性氣體、粉塵，則可以在密封的控制柜或控制室內(nèi)安裝PLC，并配置空氣凈化器[3]。

3.3 在工業(yè)控制中PLC的故障分析及處理

PLC主機(jī)系統(tǒng)中通常電源系統(tǒng)是故障的高發(fā)區(qū)，在電源長期不斷的工作中，不可避免地就會(huì)受到電流、電壓的波動(dòng)沖擊。大多數(shù)PLC均為插件結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致系統(tǒng)總線破損的主要原因，在濕度變化、溫度變壓、壓力變化等條件下，插拔模塊使用的時(shí)間過久導(dǎo)致插件接觸口、底板、印刷板等位置的總線損壞，接點(diǎn)氧化、總線老化等這些因素都能造成總線耗損[4]。因此，在設(shè)計(jì)與處理系統(tǒng)故障的過程中，應(yīng)該對(duì)空氣、紫外線、粉塵等問題綜合考慮。當(dāng)下，PLC選擇的主存儲(chǔ)器具有擦寫ROM的功能，影響它使用壽命的因素主要有制作工藝水平、CPU模塊工藝以及底板供電。而中央處理器都選擇性能較高的處理芯片，較少了故障發(fā)生概率。預(yù)防與處理PLC主機(jī)系統(tǒng)故障的主要措施是加強(qiáng)控制室管理水平，安設(shè)降溫裝置，粉塵定期清除，以達(dá)到PLC工作環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)要求；在維修系統(tǒng)的時(shí)候，要嚴(yán)格遵守操作要求來開始工作，以免損壞主機(jī)系統(tǒng)。

4 PLC技術(shù)應(yīng)用建議

為達(dá)到自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)出PLC技術(shù)，想要加強(qiáng)其自動(dòng)化控制效果，就一定要確保PLC在任何環(huán)境下，都能夠正常運(yùn)行。然而，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，所需面臨的情況十分龐雜，具有許多的影響因素，在某種程度上影響了PLC的正常運(yùn)行。通常情況下，難以采用有效的保護(hù)措施，這就會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，所以將PLC技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制中的時(shí)候，必定要采用有效措施進(jìn)行預(yù)防并處理，以此來確保PLC的可靠與安全。例如，改進(jìn)生產(chǎn)工藝的系統(tǒng)，以原有系統(tǒng)為基礎(chǔ)，持續(xù)加強(qiáng)PLC的抗干擾功能；設(shè)計(jì)和安裝系統(tǒng)的時(shí)候，對(duì)各方面影響因素進(jìn)行綜合考慮，通過多方面協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行，來加強(qiáng)PLC技術(shù)的安全性。另外，在維修系統(tǒng)時(shí)，既要恢復(fù)系統(tǒng)的功能，也要對(duì)發(fā)生故障的原因進(jìn)行分析，防止同類故障的發(fā)生[5]。

5 總結(jié)

在電氣自動(dòng)化工業(yè)中，PLC技術(shù)本身具有的有利形勢(shì)，例如，高性價(jià)比、設(shè)備周全、高抗干擾性、方便快捷等，使其得到了廣泛的運(yùn)用。PLC在運(yùn)用到電氣自動(dòng)化工業(yè)中的時(shí)候，需要從各方面著手，如安裝、維修、設(shè)計(jì)等，選擇有效的措施來加強(qiáng)PLC系統(tǒng)的可靠與安全。以后，需要加強(qiáng)對(duì)PLC的研究，歸納經(jīng)驗(yàn)，從而使自動(dòng)化控制水平更進(jìn)一步地提高。

【參考文獻(xiàn)】

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【2】陳云.西門子工業(yè)控制的PLC應(yīng)用及干擾探討及預(yù)防措施[J].商品與質(zhì)量，2016（9）：306-306.

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【4】周曉娟.電氣自動(dòng)化控制中PLC應(yīng)用問題分析與探討[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014（8）：322-322.

【5】梁成鵬.基于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置與應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2014（4）：56-59.