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【摘 要】PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，数控机床电气控制系统中的核心是PLC，一般不需要采取什么特殊措施, 就可以直接在工业环境使用。但如果环境过于恶劣,不能保证PLC正常、安全可靠地运行。因此, 提高PLC控制系统可靠性具有十分重要。
【关键词】可靠性；数控机床；PLC
0.引言
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器。它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。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提高。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。所以，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。下面就如何提高数控机床PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。
1.PLC可靠性提高的方面
1.1数据和程序的保护
大部分PLC 都采用锂电池支持的RAM 来存储用户的应用程序。这种电池是不可充电的, 寿命一般为5 年左右,一旦用完,应用程序将全部丢失。因此,较可靠的办法是把调试成功的程序用ROM写入器固化到EPROM/ EEPROM中去。应用程序的备份, 如软盘或PROM/ EEPROM等必须小必保存。
1.2冗余设计和降级操作设计
冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时，冗余的后备系统也同时运行，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，同时，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。降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计，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。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。
1.3 PLC的I/O电路要求
由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号，因此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。数控机床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。
1.4 PLC的软件程序要求
为了提高PLC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最大时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。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。
1.5数控机床PLC接地要求
数控机床的接地系统有两类: 安全接地和工作接地。安全接地是用导线将设备易触碰的部分与大地( 零电位点) 连接起来, 其目的是保护操作人员的安全, 以免触电。工作接地是为电子设备提供公共的电位参考点, 工作接地包括机壳接地和电路接地, 电路接地分为弱信号电路接地和强信号电路接地。对PLC 系统来说又可分为逻辑电路接地和功率电路接地, 各部分线路之间又有串联方式和并联方式等。 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；绝对禁止采用共通接地方法。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。
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，可采用中間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。
1.6工作环境的要求
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。
2.结束语
提高数控机床PLC控制系统可靠性的方法有很多种,本文仅对常用的保护措施进行了分析。只要在实际开发过程中,充分考虑到对数控机床PLC的各种不利因素, 在硬、软件的设计中采取适当的保护措施, 就完全可以使控制系统安全、可靠地运行。
【参考文献】
［１］陈启明.测量控制仪表使用中的防干扰措施[J].仪表技术与传感器，2001.
【关键词】可靠性；数控机床；PLC
0.引言
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器。它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。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提高。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。所以，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。下面就如何提高数控机床PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。
1.PLC可靠性提高的方面
1.1数据和程序的保护
大部分PLC 都采用锂电池支持的RAM 来存储用户的应用程序。这种电池是不可充电的, 寿命一般为5 年左右,一旦用完,应用程序将全部丢失。因此,较可靠的办法是把调试成功的程序用ROM写入器固化到EPROM/ EEPROM中去。应用程序的备份, 如软盘或PROM/ EEPROM等必须小必保存。
1.2冗余设计和降级操作设计
冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时，冗余的后备系统也同时运行，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，同时，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。降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计，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。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。
1.3 PLC的I/O电路要求
由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号，因此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。数控机床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。
1.4 PLC的软件程序要求
为了提高PLC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最大时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。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。
1.5数控机床PLC接地要求
数控机床的接地系统有两类: 安全接地和工作接地。安全接地是用导线将设备易触碰的部分与大地( 零电位点) 连接起来, 其目的是保护操作人员的安全, 以免触电。工作接地是为电子设备提供公共的电位参考点, 工作接地包括机壳接地和电路接地, 电路接地分为弱信号电路接地和强信号电路接地。对PLC 系统来说又可分为逻辑电路接地和功率电路接地, 各部分线路之间又有串联方式和并联方式等。 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；绝对禁止采用共通接地方法。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。
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，可采用中間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。
1.6工作环境的要求
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。
2.结束语
提高数控机床PLC控制系统可靠性的方法有很多种,本文仅对常用的保护措施进行了分析。只要在实际开发过程中,充分考虑到对数控机床PLC的各种不利因素, 在硬、软件的设计中采取适当的保护措施, 就完全可以使控制系统安全、可靠地运行。
【参考文献】
［１］陈启明.测量控制仪表使用中的防干扰措施[J].仪表技术与传感器，2001.