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1、提高煤矿自动化设备PLC系统可靠性的研究 于亚征 李泰 （1.焦作大学，河南 焦作；2.商丘职业技术学院，河南 商丘 ）作者简介：于亚征（1974）男，河南焦作人，焦作大学讲师，主要从事计算机应用基础教学与研究.李泰（1971）男，河南商丘人，商丘职业技术学院讲师，主要从事网络教学与研究.摘要：PLC是一种数字运算操作的电子系统，以微处理器为基础的工业自动化控制装置，易受到恶劣环境，电磁干扰或安装使用不当等因素影响，煤矿生产过程通过PLC方便的实现自动检测、控制、调节和保护，提高PLC应用系统可靠性对提高劳动生产率、有效利用资源和减少能耗、提高煤矿生产安全、改善劳动条件有重要作用.关键词：PL
2、C；结构；可靠性中图分类号：TP37 文献标识码：AEnhances the Coal mine Automatic equipment PLC System reliable Research , (1. Jiaozuo University, Jaozuo China; 2. Shangqiu Vocational and Technical college, Shangqiu ,China)Abstract: PLC is one kind of digital operation operation electronic system, take the microprocessor
3、as the foundation industrial automation control device, easy to receive the adverse circumstance, the electromagnetic interference or installs the use not when and so on the factors affect, The coal mine production process through the PLC convenience realization automatic detection, the control, the
4、 adjustment and the protection, enhances the PLC application system reliability to enhance the labor productivity, effectively using the resources and the reduced energy consumption, enhances the coal mine production safety, the improvement work condition has the vital role.Key word: PLC; Structure;
5、 Reliability0 引言煤矿生产过程用的PLC（Programmable Logic Controller ，可编程序控制器）是一种数字运算操作的电子系统，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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，完成开采、掘进、运输、提升等基本过程，和通风、排水、人员与材料运输等辅助过程.工作环境恶劣，电磁干扰强，可能使PLC接收到错误的信号，造成误动作，或使PLC内部的数据丢失，严重时甚至会使系统失控，所以在使用时应采取相应的可靠性措施，以消除或减少干扰的影响，保证系统的正常运行.1 PLC的基本结构 PLC
6、主要由CPU模块、输出模块和编程器组成，如图1所示.有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊任务. 图1 PLC控制系统示意图1.1 CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成.在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据.1.2 I/O模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁.输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力
7、继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号.开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置. CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V.从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元件，或使PLC不能正常工作.在I/O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路，I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用.1.3 编程器
8、 编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况.手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器.它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护.使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换.程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机.程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送.1.4 电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V，12V，24V等直流电源.小
9、型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供.2 提高PLC应用系统可靠性的措施2.1 对电源的处理 电源是干扰进入PLC的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源.在干扰较强的矿井里，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器（如图2）隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力.屏蔽层应可靠接地.图2 低通滤波电路与隔离变压器 低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，图中的L1和L2用来抑制高频差模电压，L3和L4是用等长
10、的导线反向绕在同一磁环上的，50Hz的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消，磁环不会饱和.两根线中的共模干扰电流在磁环中产生的磁通是叠加的，共模干扰被L3和L4阻挡.图中的C1和C2用来滤除共模干扰电压，C3用来滤除差模干扰电压.R是压敏电阻，其击穿电压略高于电源正常工作时的最高电压，平常相当于开路.遇尖峰干扰脉冲时它被击穿，干扰电压被压敏电阻钳位，这时压敏电阻的端电压等于其击穿电压，尖峰脉冲消失后压敏电阻可恢复正常状态.2.2 感性负载的处理 感性负载具有储能作用，当控制触点断开时，电路中的感性负载会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，触点闭合时，会因触点的抖动而产生电弧，它们都会对系统产
11、生干扰.对此可采取以下措施：PLC的输入端或输出端接有感性元件时，对于直流电路，应在它们两端并联续流二极管（如图3）；对于交流电路，应并联阻容电路，以抑制电路断开时产生电弧对PLC的影响.电阻可以取51120，电容可以取0.10.47，电容额定电压应大于电源峰值电压. 续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的23倍.为了减少电动机和电力变压器投切时产生的干扰，可在电源输入端设置浪涌电流吸收器.图3 输入/输出电路的处理2.3 PLC的接地良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件，PLC与强电设备最好分别使用接地装置，接地线的截面积应大于2，接地点与PLC的距离应小于50.在发电厂
12、或变电站中，有接地网络可供使用.各控制屏和自动化元件可能相距甚远，若分别将它们在就近的接地点接地，强电设备的接地电流可能在两个接地点之间产生较大的电位差，干扰控制系统的工作.为防止不同信号回路接地线上的电路引起交叉干扰，必须分系统（例如以控制屏为单位）将弱电信号的内部地线接通，然后各自用规定截面积的导线统一引到接地网络的某一点，从而实现控制系统一点接地的要求.2.4 强烈干扰环境中的隔离措施PLC内部用光耦合器、输出模块中的小型继电器和光电晶闸管等器件来实现对外部开关量信号的隔离，PLC的模拟量I/O模块一般也用光耦合来实现隔离.这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外，还可以保护CPU
13、模块，使之免受从外部窜入PLC的高电压的危害，因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件.在井下，PLC受到强烈的干扰.由于现场条件的限制，有时很长的强电电缆和PLC的低压控制电缆只能敷设在同一电缆沟内，强电干扰在输入线上产生的感应电压和感应电流相当大，足以使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光，光耦合器的隔离作用失效，使PLC产生误动作.在这种情况下，对于用长线引入PLC的开关量信号，可以用小型继电器来隔离.开关柜内和距开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离.为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC和计算机之间的串行通信线路可以考虑使用光纤，或采用带光耦合器的通信接口.2.5 PL
14、C输出的措施 在负载要求的输出功率超过PLC的允许值时，应设置外部继电器.PLC输出模块内的小型继电器的触点小，断弧能力差，一般不能直接用于直流220V电器中，必须用PLC驱动外部的继电器，用外部的继电器的触点驱动直流220V的负载.3 结语 煤矿生产的复杂条件给自动化带来困难，必须从各生产过程采集的有关地质参数（如煤层厚度、煤质、断层等），环境参数（如温度、风速、瓦斯浓度等），生产状况（如产量、进尺、煤仓、煤位、机械状态等）等方面的大量信息，通过计算机进行处理分析，才能及时发现故障，方便查找故障，同时利用FX系列PLC的报警器置位（ANS）和报警器复位（ANR）指令来实现超时检测功能，利用梯
15、形图程序实现故障的自我诊断和自我处理等措施，来进一步提高PLC系统运行的可靠性，及时作出决策，向有关生产系统发出控制指令，或向调度人员提供协调各生产环节的必要信息，以期达到最佳的经济效果.参考文献1王春梅.基于Multi-Agent技术的动态联盟组织模型建模分析工具研究J.机械与制造，2002，（5）：23-252谢克明，夏路易.可编程序控制原理与程序设计M.北京：电子工业出版社，2002.3李东星.PIC16C711系列单片机原理Z. 福州：福州高奇电子科技有限公司，1994.4刘俊峰，赵尔宁.可靠性工程原理在电子系统中的应用J.微计算机信息，2005，4：212-213.作者简介：于亚征（1974），男，河南焦作人，焦作大学讲师，硕士研究生，主要从事计算机软件技术开发；李泰（1971）男，河南商丘人，商丘职业技术学院讲师，主要从事网络教学与研究.联系方式：邮编： 焦作大学 于亚征电话：（H） 手机： e-mail:hnjzyyz 中图分类号：TP271 文献标识码：A