Kraus
自動(dòng)化技術(shù)公司(KAT)是一家總部位于德國(guó)的OEM,專(zhuān)門(mén)從事用于壽命、疲勞和材料測(cè)試的定制系統(tǒng),長(zhǎng)期以來(lái)一直依靠NI的LabView軟件為其工程師創(chuàng)建定制用戶界面。LabView的編程圖形化方法可幫助KAT工程師在測(cè)試機(jī)器開(kāi)發(fā)過(guò)程中可視化硬件配置、測(cè)量數(shù)據(jù)和調(diào)試問(wèn)題。
但是,由KAT測(cè)試機(jī)器上的可編程邏輯控制器(
PLC)控制的測(cè)量和測(cè)試應(yīng)用必須單獨(dú)設(shè)計(jì)。在單獨(dú)的過(guò)程中處理這兩個(gè)過(guò)程,系統(tǒng)配置和應(yīng)用程序編程是耗時(shí)的并且需要特定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
為簡(jiǎn)化此流程,KAT使用博世力士樂(lè)的開(kāi)放式核心工程,將KAT測(cè)試機(jī)器上的所有驅(qū)動(dòng)和控制功能集成,建模并自動(dòng)化到其工程師熟悉的LabView環(huán)境中。這種集成為KAT工程師在一個(gè)編程環(huán)境中提供了完整的編程控制,而無(wú)需創(chuàng)建單獨(dú)的PLC代碼,從而大大降低了工程成本。
工程師能夠直接訪問(wèn)力士樂(lè)IndraMotion MLC和ILC系統(tǒng)的控制功能,軟件環(huán)境中為程序員提供了超過(guò)550個(gè)虛擬儀器和控件?,F(xiàn)在,KAT可以處理LabView中的速度測(cè)試、定位、
傳感器和執(zhí)行器的整個(gè)工程功能,而且不需要耗費(fèi)時(shí)間去編程PLC。
在集成LabView和開(kāi)放式核心工程之前,KAT工程師必須分別查詢I/O和對(duì)軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行編程,然后在每個(gè)開(kāi)發(fā)階段將它們轉(zhuǎn)換為聯(lián)合機(jī)器程序。除了增加的時(shí)間和成本之外,這些額外的編程要求會(huì)增加了出錯(cuò)的可能性。
開(kāi)放核心工程減少了接口數(shù)量,可以最大限度地降低錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn),并有助于使資源規(guī)劃更加靈活。除了加速KAT的機(jī)器開(kāi)發(fā)過(guò)程外,整個(gè)機(jī)器工作流程現(xiàn)在可以在LabView中進(jìn)行映射,這有助于加快調(diào)試階段。對(duì)于KAT而言,這可以節(jié)省大量時(shí)間,特別是可以在一個(gè)而不是兩個(gè)編程環(huán)境中執(zhí)行故障排除。
咱們買(mǎi)東西的時(shí)候一般會(huì)考慮三個(gè)因素,好用、便宜、耐用。對(duì)于
控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),很多人在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段更多的考慮性能和價(jià)格,而忽視了在運(yùn)行階段的穩(wěn)定性和可靠性,也可以理解為是否耐用。其實(shí),在整個(gè)系統(tǒng)的總體擁有成(
PLC生命周期包括設(shè)備的選型、采購(gòu)、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)維修、服務(wù)等環(huán)節(jié),總體擁有成本TCO)里面,后期維護(hù)所占的比重還是非常大的。
PLC控制可靠性是指PLC與其被控對(duì)象結(jié)合,組成系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的目的也是在規(guī)定的條件下與規(guī)定的時(shí)間內(nèi),所能完成的規(guī)定功能。本文簡(jiǎn)要介紹了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用,分析了PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方法,并探討了提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的有效途徑。
從20世紀(jì)30年代開(kāi)始,機(jī)械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率,采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式,對(duì)不同類(lèi)型的零件分別組成自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機(jī)型的更新?lián)Q代,生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改變,這就需要改變控制程序,使生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)備按新的工藝過(guò)程運(yùn)行,而繼電器一接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的,很難適應(yīng)這個(gè)要求。
1、PLC在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的發(fā)展
1968年美國(guó)最大的汽車(chē)制造商―通用汽車(chē)(GM)公司,為適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷更新,提出把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置,并把編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化,使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)于1969年率先研制出第一臺(tái)可編程序控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PLC),在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。從此以后,許多國(guó)家的著名廠商競(jìng)相研制,各自形成系列,而且品種更新很快,功能不斷增強(qiáng),從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制,具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。PLC另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高,平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上,可以大大減少設(shè)備維修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心裝置。
2、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)
在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中。為賦予產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的工作稱(chēng)為可靠性設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,把可靠性問(wèn)題考慮進(jìn)去,比產(chǎn)品投入生產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)不可靠因素進(jìn)行改進(jìn)要好的多。因?yàn)楹笳咄诟淖児A模具、材料、工藝等方面付出很大的代價(jià)。
可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括制訂可靠性指標(biāo),可靠性預(yù)測(cè),可靠性分配以及與提高可靠性有關(guān)的具體設(shè)計(jì)工作和可靠性審查。
對(duì)可靠性特征量的要求稱(chēng)為可靠性指標(biāo)。制訂可靠性指標(biāo)的工作包括確定指標(biāo)項(xiàng)目和指標(biāo)數(shù)值。一種產(chǎn)品的可靠性要求常常需要用幾項(xiàng)指標(biāo)來(lái)反映。指數(shù)分布失效的可靠性指標(biāo)可用失效率或MTBF來(lái)表示;對(duì)于早期失效和耗損失效宜用可靠度和可靠壽命來(lái)表示;對(duì)于控制裝置等可修復(fù)產(chǎn)品常用的還有有效度,即產(chǎn)品能工作的時(shí)間與能工作時(shí)間加不能工作時(shí)間之和的比值來(lái)表示。同一產(chǎn)品的可靠性特征量因條件、時(shí)間、功能而不同,因此在規(guī)定可靠性指標(biāo)時(shí)必須明確是對(duì)應(yīng)于什么條件、時(shí)間、功能的指標(biāo)。例如對(duì)于接觸可靠性指標(biāo)必須規(guī)定負(fù)載電壓、電流;規(guī)定偶然故障失效率必須同時(shí)規(guī)定偶然失效期延續(xù)時(shí)間即有效壽命。
3、自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的提高途徑
1)自動(dòng)控制系統(tǒng)方案的選擇
在選擇方案時(shí),應(yīng)考慮盡量減少控制元件數(shù)、接點(diǎn)數(shù)和焊點(diǎn)數(shù),以降低系統(tǒng)的失效率。采用可編程控制器(PC)來(lái)代替由繼電器等組成的控制柜可以提高系統(tǒng)的可靠性。在比較可編程序控制器和繼電器控制柜兩種方案時(shí),除了購(gòu)置價(jià)格以外,還應(yīng)充分估計(jì)前者在提高可靠性、縮短開(kāi)發(fā)周期和減小工作量以及節(jié)省維修時(shí)間等有利因素。
2)控制元件的選用
正確選用控制元件的品種、規(guī)格是提高元件使用可靠性的關(guān)鍵。為此必須深入確切地了解和分析機(jī)床對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)對(duì)控制元件的要求。并且收集和消化控制元件制造廠提供的技術(shù)材料,如果這些資料不能滿足選用的要求時(shí),機(jī)床制造廠可按實(shí)際使用的條件對(duì)控制元件進(jìn)行試驗(yàn)以確定是否合用。由于選用不當(dāng)影響可靠性的例子有:忽視輸入或輸出的機(jī)械參數(shù),例如選電磁鐵時(shí)未考慮所拖負(fù)載的力――行程特性,選限位開(kāi)關(guān)時(shí)未考慮撞塊速度;選接觸器時(shí)未考慮點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)的工作方式;選繼電器時(shí)未考慮能做到可靠接觸的額定最低工作電壓和額定最小工作電流;選短路保護(hù)電器(包括熔斷器)時(shí)未考慮對(duì)接觸器等觸頭的保護(hù);選控制變壓器時(shí)未考慮漏阻抗在電磁系統(tǒng)起動(dòng)電流情況下的壓降等。
3)控制元件的工作環(huán)境
工作環(huán)境對(duì)可靠性有很大的影響。塵埃不但會(huì)引起電接觸故障,而且可以降低絕緣性能、增加交流磁系統(tǒng)極面粘住的危險(xiǎn),因此必須采用必要的防塵措施。對(duì)于對(duì)可靠性要求較高的系統(tǒng),控制元件應(yīng)裝入塵埃不能侵人的罩殼或電柜內(nèi)。機(jī)床上的控制元件常工作在有潤(rùn)滑油或切削油的地方,這時(shí)必須選用防油型電器或采取防油措施。
4)篩選和預(yù)防性更換
為了減少系統(tǒng)的早期失效,機(jī)床制造廠可以對(duì)控制元件進(jìn)行篩選,即使每臺(tái)元件在實(shí)際使用條件下連續(xù)工作一定次數(shù),把失效產(chǎn)品排除,以減少裝到系統(tǒng)中的元件早期失效。元件進(jìn)入耗損失效期以后,失效率將明顯上升。為了防止這種情況影響系統(tǒng)的可靠性,可以在有效壽命(或偶然故障期)將結(jié)束時(shí),不管元件是否損壞,也進(jìn)行更換。采用篩選和預(yù)防性更換,可以保證系統(tǒng)中的元件工作在偶然失效期內(nèi),在這個(gè)前提下才可以用元件的偶然失效率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的失效率。
5)現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查
提高可靠性的辦法,從根本上來(lái)說(shuō),應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查和分析著手。和一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和計(jì)算工作不同,可靠性設(shè)計(jì)不可能只通過(guò)理論和計(jì)算取得需要的結(jié)果,保證可靠性的程度取決于對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生的失效的了解(包括其深度和廣度)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)也是取得失效數(shù)據(jù)的一個(gè)方法,但由于試驗(yàn)的內(nèi)容、方法和條件限制,故只能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況的一個(gè)近似的模擬,它不可能代替使用現(xiàn)場(chǎng)失效情況的調(diào)查分析。脫離了現(xiàn)場(chǎng)條件的可靠性試驗(yàn)是沒(méi)有實(shí)際意義的。
PLC可靠不等于PLC控制系統(tǒng)可靠。PLC控制系統(tǒng)比單獨(dú)的PLC復(fù)雜。系統(tǒng)復(fù)雜,出現(xiàn)故障的可能性就大,可靠性將降低。PLC控制系統(tǒng)不是PLC及其被控對(duì)象簡(jiǎn)單地相加,而是兩者有機(jī)的結(jié)合。結(jié)合得好,才可靠。PLC控制系統(tǒng)也不等于PLC及其被控對(duì)象全面結(jié)合,只是與實(shí)施控制有關(guān)的才需要結(jié)合。
SIEMENS 6ES7-317-2FJ10-?0AB0 SIMATIC S7-300 CPU317F-2 PN/DP 6ES73172FJ100AB?0
OKUMA OPUS7000 SVP BOARD A911-216 1911-2160-46-87 E4809-045-158-B REPAIRED
NIB MITSUBISHI HK-2.5S-601 MAGNETIC CLUTCH-BRAKE HK2.5S-601
ACCU-SORT AXIOM 400 HIGH SPEED BAR CODE SCANNER
ALLEN BRADLEY 2711E-K14C6 PANELVIEW 1400E KEYPAD TERMINAL 14 COLOR CRT SER. C
ALLEN BRADLEY 2711E-K14C6 PANELVIEW 1400E KEYPAD TERMINAL 14 COLOR CRT SER. G
SIEMENS 6SN1-118-1NH01-?0AA0 W/6SN1-123-1AA0?0-0CA1 SIMODRIVE 50A
NIB B & W TEK BWF-785-450E/55?371 FIBER LASER CLASS IIIb LASER PRODUCT
STEPHENS DYNAMICS SCA-08B-N001 AIR ROTATING CYLINDER
TECHNIFOR CN31SHD MARKING UNIT CN31S REPAIRED
VICKERS KBCG3-L250D-Z-M?1-3-A-PE7-H1-10?-P15-T12 VALVE
GE FANUC IC670ALG330-KB ANALOG OUTPUT CURRENT 8PT MODULE IC670ALG330KB NIB FS
ABB ACS501-030-4-00?P2 AC DRIVE 40 H.P. ACS501030400P2
ALLEN BRADLEY 1326AB-A3E-11 SERVO MOTOR 1326ABA3E11 NIB
RELIANCE ELEC. 413338-1CH CIRCUIT CARD 4133381CH
SICK LUT1-450 LUMINESCENCT SCANNER 300MM RANGE LUT1450
GE FANUC A06B-0502-B005#?7008 SERVO MOTOR NIB
ALLEN BRADLEY 1336T-MCB-SP51B 1336T CONTROL BOARD 74101-772-54 1336TMCBSP51B
ALLEN BRADLEY SP-194933 M939940-1-2 194932 REV. 03 194933 CONTROL BOARD
MOOG 77K608 SER. 105 SERVO VALVE 77K-608 REPAIRED LNC
ABB DSQC-266G 3HAB8801-1/2B SERVO AMPLIFIER
SQUARE D 8030-CRM510 SY/NET MODULE 8030CRM510 NIB
NIB RHP MBU199 BEARING PRECISION 9-7-5 QTY: 2
NIB SQUARE D LAL362251021 MOLDED CASE CIRCUIT BREAKER
KEYENCE LK-G3001P SENSOR W/ LK-GD500 CONTROLLER
GENERAL ELECTRIC DS3800HUMA1B1C 6BA03 MEMORY BOARD DS3800HUMA1B1C6?BA03
GENERAL ELECTRIC DS3800NPSE1E1G BOARD POWER SUPPLY 206B6462G1
ALLEN BRADLEY 6152-BHTZFEAAAA?Z INDUSTRIAL COMPUTER W/14IN CRT
SIEMENS 6SN1145-1AA00-0?CA0 SIMODRIVE UE-MODUL INT. 28/36KW 6SN11451AA000CA?0
NIB HONEYWELL C7012E-1120 DYNAMIC SELF CHECK PURPLE PEEPER C7012E1120
SIEMENS 6ES5-921-3WB13 CPU MODULE W/2 6FX1123-6AB00 MEMORY MODULES 6ES59213WB13
HYPNEUMAT DQ36 CYLINDER
ALLEN BRADLEY 6170-FCCF1Z1EBZ?Z B T70 PLANT FLOOR WORKSTATION 6170FCCF1Z1EBZZ?B
GENERAL ELECTRIC DS3800NPSE1E1G BOARD POWER SUPPLY 206B6462G1
MITSUBISHI E900T OPERATOR INTERFACE 640X480 COLOR DISPLAY TYPE 03010D,
VEE-ARC 931-030 SUPER 7000 5HP ADJUSTABLE FREQUECY DRIVE 931030
STANLEY QA1001-XXX QA ALPHA / QPM CONTROLLER QA1001 21A108722
VICKERS ELGE BRD-NS BRUSHLESS SERVO DRIVE TIPO BRDNS703S
GREENCO CABLE-TROL CD2516A-5 CYLINDER W/SENSORS
SIEMENS 6ES7-317-6FF03-?0AB0 CPU MODULE 1024 KB 317F-2DP, 6ES73176FF030AB?0
SIEMENS 6ES7-317-2FK13-?0AB0 CONTROLLER SIMATIC S7-300 CPU CPU317F-2 PN/DP
SIC MARKING I81-A MARKING HEAD ASSEMBLY I81A
SQUARE D KAL362001121 600V 200A CIRCUIT BREAKER