【正文】 ...............17參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................18┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 緒 論 研究課題的來(lái)源 近年來(lái)，PLC（可編程序控制器）在其發(fā)展過(guò)程中，技術(shù)功能不斷擴(kuò)展，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能。 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，專門為工業(yè)而設(shè)計(jì)的，操作方便的數(shù)字式電子裝置。因此，研究 PLC 控制系統(tǒng)干擾的來(lái)源問(wèn)題，以及如何確保其可靠性等問(wèn)題尤其具有現(xiàn)實(shí)意義。PLC 具有豐富的邏輯控制指令和高級(jí)應(yīng)用指令；PLC 即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開放 I/O 及通訊接口，而且?guī)缀跻呀?jīng)發(fā)展到了盡善盡美的地步。80 年代后期，我國(guó)利用外資引進(jìn)了國(guó)外成套的污水處理設(shè)備，從儀表和控制的可靠性和先進(jìn)性方面來(lái)看，比國(guó)產(chǎn)儀表設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但國(guó)外儀表價(jià)格昂貴，售后服務(wù)困難。其技術(shù)特點(diǎn)是信號(hào)傳輸數(shù)字化，控制功能分散化，系統(tǒng)開發(fā)與可互操作，符合環(huán)境保護(hù)要求，節(jié)能節(jié)材，造價(jià)低廉，維護(hù)成本低。通過(guò)這次的課題研究，能夠使自身經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的全過(guò)程體會(huì)如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并進(jìn)行一定的自學(xué)訓(xùn)練，使其掌握自學(xué)方法。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2 可編程控制器 概述 可編程控制器的產(chǎn)生和功能特點(diǎn)可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)容為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)?？删幊炭刂破鞒霈F(xiàn)以后，名稱很不一致。1980 年美國(guó)電器制造協(xié)會(huì)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程序控制器 PC。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊可編程控制器的主要優(yōu)點(diǎn)：編程簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)單；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性好；功能強(qiáng)；使用方便；設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短；體積小、重量輕、功耗低。 在全球 IPC 領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過(guò)程控制系統(tǒng)，開放式過(guò)程控制軟件，開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有 PLC,但這種趨勢(shì)不會(huì)發(fā)展下去。 PLC 及其應(yīng)用的發(fā)展，與信息化，數(shù)字化，智能化的世界潮流相聯(lián)系，與微電子技術(shù)的發(fā)展密切發(fā)展相關(guān)，與控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)的發(fā)展互為因果，互相補(bǔ)充與促進(jìn)，互相融合和滲透. 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 1. 輸入與輸出部件：這是 PLC 與輸入控制系統(tǒng)和被控制設(shè)備連接起來(lái)的部件，輸入部件接受從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)。微處理器是 PLC 的核心部件，整個(gè) PLC 的工作過(guò)程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，它的主要任務(wù)是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對(duì)象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后再向被控對(duì)象送出相應(yīng)的控制（驅(qū)動(dòng)）信號(hào)。 3. 電源部件：電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需要的高質(zhì)量直流電源。CPU 的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行 CPU 自診斷測(cè)試及寫輸出等內(nèi)容。典型的 PLC 在一個(gè)周期中可完成以下 5 個(gè)掃描過(guò)程：。；PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。 控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸?fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說(shuō)可編程序控制器是以“串行”方式工作的。變更控制 更改程序可適應(yīng)各種控制對(duì)象 更改器件之間連接，更改困難 PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較PLC 也是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，PLC 實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專為工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。 4. PLC 技術(shù)較容易掌握，使用維護(hù)方便，對(duì)使用者的技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時(shí)低。電源被干擾后， PLC 控制系統(tǒng)的供電質(zhì)量變差，引起 PLC 控制失靈。PLC 系統(tǒng)的干擾源根據(jù)其來(lái)源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。：電源是干擾進(jìn)入可編程控制器的主要途徑之一，電源干擾主要是通過(guò)供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用設(shè)備是主要的干擾源。 外部干擾源包括供電電源電壓波動(dòng)和高次諧波的干擾；開關(guān)通斷形成的高、低頻干擾； 動(dòng)力強(qiáng)電信號(hào)在系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)引起的干擾；其它設(shè)備通過(guò)電容耦合串入控制系統(tǒng)而引起的干擾等。當(dāng)溫度低于℃時(shí)，可通過(guò)在柜中設(shè)置加熱器，不切斷控制電源來(lái)改善。4. 震動(dòng)和沖擊：PLC 不能經(jīng)受較大的震動(dòng)和沖擊，所以應(yīng)該將 PLC 設(shè)置在遠(yuǎn)離震源的場(chǎng)所，并安裝防震橡皮等。用 PLC 來(lái)控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。下面就如何提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。屏蔽體一般位于一、二次側(cè)線圈之間并與大地連接，這樣就可消除線圈間的直接耦合。分離供電系統(tǒng)，將控制器、I/O 通道和其它設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來(lái)，也有助于抗電網(wǎng)干擾。輸入接線一般不要超過(guò) 30m。I/O 線與電源線應(yīng)該分開走線，并保持一定距離如不得已要在同一線槽中布線，應(yīng)使用屏蔽電纜。比如： 按鈕、行程開關(guān)等輸入開關(guān)量的觸點(diǎn)接觸是否良好、接線是否牢固等。其次在程序設(shè)計(jì)時(shí)增加數(shù)字濾波程序， 增加輸入信號(hào)的可信性。 電源和感性負(fù)載的處理 對(duì)于電源的處理：在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱?chǎng)合，可以在可編程序控制器的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器，隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來(lái)干擾，提高抗高頻共模干擾能力，屏蔽層接地。2. 使用 UPS 供電。電源濾波器最基本的作用就是抑制傳導(dǎo)干擾, 它既能防止 PLC 電磁波的外泄,又能避免受到外來(lái)輻射的干擾,并能有效濾除尖峰脈沖。接地方法如圖 31 所示。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開設(shè)置。因此，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)提高軟件的可靠性。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等。在 PLC 與其它設(shè)備采用自由協(xié)送時(shí)，PLC 應(yīng)采取報(bào)警等措施。為了提高 PLC 控制系統(tǒng)工作的可靠性，可以專門設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，作為監(jiān)控程序部分，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。若該對(duì)象的運(yùn)行程序在規(guī)定的時(shí)間結(jié)束工作，發(fā)出一個(gè)工作完成信號(hào)，使該定時(shí)器清零，說(shuō)明這一對(duì)象的運(yùn)行程序正常；否則屬于運(yùn)行不正常， 發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓， 主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換成共模干擾所形成的電壓， 這種電壓疊加在信號(hào)上， 直接影響測(cè)量與控制精度。如圖 41 所示為冗余 CPU 系統(tǒng)圖，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，主CPU 模塊來(lái)控制系統(tǒng)的工作，備用 CPU 模塊的輸出被禁止。冗余控制的方式在工控領(lǐng)域根據(jù)不同的情況，采用的方式也不盡相同。由于軟冗余的實(shí)現(xiàn)受多方因素的制約，系統(tǒng)切換的時(shí)間較硬冗余稍長(zhǎng)，因此部分軟冗余可能會(huì)使主設(shè)備在發(fā)生切換時(shí)有間隙或需要人為簡(jiǎn)單干預(yù)或預(yù)置才得以完善。這種冗余一般用于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、工藝連續(xù)性要求不高的場(chǎng)合。軟冗余投入較小，軟冗余不需要特殊的冗余模塊或軟件支持，但在冗余實(shí)現(xiàn)維護(hù)方面比較繁瑣并且一般的軟冗余切換速度稍慢，系統(tǒng)性能主要取決于編程者的編程水平和所選硬件的品質(zhì)，這類冗余方式比較適用于生產(chǎn)工藝要求不太高、反應(yīng)速度較慢、開停要求不嚴(yán)的裝置和生產(chǎn)線。熱備模塊主要負(fù)責(zé)主/從處理器的同步，檢測(cè)處理器的運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行主/從處理器之間的數(shù)據(jù)高速傳送，一旦發(fā)現(xiàn)豬處理器故障失效，馬上將系統(tǒng)控制權(quán)切換至處理器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換工作。通信冗余簡(jiǎn)單得分為單模塊雙電纜方式和兩套單模塊單電纜雙工方式通信。而通信模塊則實(shí)時(shí)監(jiān)控兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送包數(shù)和接受包數(shù)之差達(dá)到一定差值或發(fā)送的故障率、接受的故障率達(dá)到一定值時(shí)，通信模塊會(huì)將當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換，由后備網(wǎng)絡(luò)接替工作，成為當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊當(dāng)檢查到切換故障發(fā)生，由處理器中程序改變當(dāng)前工作通信的模塊和后備通信模塊的限定位（值），是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換，同時(shí)給出報(bào)警信息和描述，通知工作人員處理。幾乎所有的 DCS 控制系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn) I/O冗余。一般 I/O 實(shí)現(xiàn)了冗余的系統(tǒng)，處理器往往是硬冗余的，在輸出數(shù)據(jù)方面要作 I/O 冗余最常用的為 1:1 冗余，而其他方式如 1:1:1 表決系統(tǒng)在一些工藝要求高、停機(jī)造成損失大的系統(tǒng)中也有采用，如安全監(jiān)控、火電廠的鍋爐液位保護(hù)和汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，石化行業(yè)的 ESD 系統(tǒng)都采用這種方式。這種稱為框架外冗余供電方式。 改進(jìn)的冗余設(shè)計(jì)方案上述冗余設(shè)計(jì)是將系統(tǒng)的輸入輸出分別連接多臺(tái)內(nèi)容完全相同的 PLC，當(dāng)一臺(tái) PLC 出現(xiàn)故障時(shí)，可換到另一臺(tái) PLC 繼續(xù)工作，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在并聯(lián)通道的后部交叉設(shè)置了與門和或門，當(dāng)兩路都正常工作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái) PLC 無(wú)空閑雙重工作；當(dāng)有一路發(fā)生故障時(shí)，另一路通過(guò)與門和或門同時(shí)支持兩路的輸出。本論文是在任老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從選定畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目開始到課題的研究及設(shè)計(jì)的完成，任老師都給予了很大的