提高数控机床PLC的可靠性探讨:数控机床可靠性

　　【摘 要】可编程序控制器（PLC）由于其高可靠性和应用的简便性，在国内外数控机床中迅速普及和应用。复杂设备的电气控制正在被可编程控制器所占领，PLC从替代继电器的局部范围进入到过程控制、位置控制、通信网络等领域。本文着重探讨了在数控机床的应用中如何提高PLC的工作可靠性问题。
　　【关键词】可编程序控制器（PLC）；可靠性；数控机床
　　引言
　　可编程序控制器（PLC）是在20世纪70年代以来，在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制设备。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，目前被广泛应用于自动化控制的各个领域中。较高档次的PLC具有位置控制模块，特别适用于数控机床。PLC是数控机床电气控制系统中的核心部分，如果环境过于恶劣，硬件、软件的设计不合理，就不能保证PLC正常、安全可靠地运行。因此，如何提高PLC控制系统可靠性是急待解决的课题。
　　PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也由硬件系统和软件系统两大部分组成。整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的硬件、软件、接地和工作环境等。下面对在数控机床的应用中如何提高PLC的工作可靠性问题进行探讨。
　　1 对于PLC某些输入信号的处理
　　1）PLC输入信号抖动的消除
　　在实际应用中，有些开关输入信号在接通过程中，由于外界干扰会出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在断电器系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成误动作，没什么影响。但在PLC应用系统中，PLC是不断高速扫描工作，扫描周期一般比继电器动作时间短得多，抖动信号很可能被PLC检测到，造成错误的结果。所以，必须对某些“抖动”进行处理，经保证系统正常工作。消除这种干扰的方法之一是采用计数器或定时器，经过适当编程来实现。
　　2）两线式传感器输入的处理
　　如果PLC输入设备采用两线式传感器（如接近开关、光电开关等）时，它们的漏电电流较大，可能会出现错误的输入信号，为了避免这种现象，可在输入端并联旁路电阻R。
　　3）由晶体管提供输入信号的处理
　　如果PLC输入信号由晶体管提供，则要求晶体管的截止电阻应大于10kΩ，导通电阻应小于800Ω。
　　2 PLC安全保护
　　1）短路保护
　　当PLC输出控制的负载短路时，为了避免PLC内部的输出元件损坏，应该在PLC输出的负载回路中加装熔断器，进行短路保护。
　　2）感性输入/输出的处理
　　PLC的输入端或输出端常常接有感性元件。如果是直流感性元件，应在其两端并联续流二极管；如果是交流元件，就在其两端并联阻容电路。从而抑制电路断开时产生的电弧对PLC内部输入、输出元件的影响。
　　3 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，才会包括榆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，在设计中也应考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。
　　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．若该对象的运行程席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。
　　5 数控机床PLC接地要求
　　良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。也可采用公共接地。但禁止使用串联接地方式，因为这种接地方式会产生PLC与设备之间的电位差。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地线的截面应大于2mm2。
　　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。
　　7 数控机床PLC布线处理
　　I/O线与动力线及其控制线应分开走线，并保持一定距离，尽量不要在同一线槽中布线。交流线与直流线、输入线也输出线最好也分开走线。开关量与模拟量的I/O线最好分开走线，对于传送模拟量信号的I/O最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏蔽层应一端接地。PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰。不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。
　　8 结束语
　　总之，PLC应用于数控机床过程中，对于各种不利数控机床稳定性的因素，应在硬件、软件的设计中采用恰当的防范措施，从而达到使控制系统安全可靠地运行。随着应用领域日益扩大，PLC技术及其产品仍在继续发展。主在朝着高速化、大容量化、智能化、网络化、标准化、系列化、小型化、廉价化方向发展，使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用面更广。
　　参考文献：
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