淺談PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

張洪

摘 要：文章對PLC控制系統(tǒng)可靠性的影響因素進(jìn)行了分析，對PLC控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究時，對相關(guān)的硬件以及軟件部分都采取了相應(yīng)的措施，同時，對控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的干擾源以及優(yōu)化措施都進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；可靠性設(shè)計；干擾源；硬件措施；軟件措施

引言

PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛，其能夠提高微電子器件的使用可靠性，其在應(yīng)用過程中比機(jī)械觸點的繼電器更加具有可靠性。在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)環(huán)境通常比較復(fù)雜，因此，要對PLC控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行提高，對現(xiàn)場出現(xiàn)的不同情況進(jìn)行有效地控制。在一般情況下，可編程控制器在生產(chǎn)現(xiàn)場以及使用中會出現(xiàn)很多的問題，主要是其中包含著很多的組成部分，這些部分在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題，對各個部分的可靠性進(jìn)行提高，能夠更好的保證整個系統(tǒng)的可靠性，這樣對工業(yè)生產(chǎn)也能進(jìn)行保證。

1 影響PLC系統(tǒng)可靠性的干擾源

對PLC系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行影響，通常是干擾源的出現(xiàn)，一般分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。內(nèi)部干擾源主要來自于元器件在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)布局不合理的情況，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)信號干擾的問題。在PLC系統(tǒng)中，線路中也存在著電容性元件存在的情況，在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)振蕩的情況。主要的外部干擾源來自供電電源中電壓產(chǎn)生的波動，高次諧波會產(chǎn)生一定的干擾，在開關(guān)通斷的情況下會形成高低頻干擾，部分信號在產(chǎn)生過程中會形成感應(yīng)電勢，進(jìn)而產(chǎn)生一定的干擾。很多的設(shè)備在使用過程中都要串入系統(tǒng)中，這樣會產(chǎn)生電容耦合進(jìn)而導(dǎo)致干擾問題出現(xiàn)。

干擾源的主要干擾途徑經(jīng)常是來自電源線、輸入和輸出線路以及空中等部位，供電質(zhì)量下降過程會導(dǎo)致電源線上出現(xiàn)干擾的情況，同時，對PLC 的控制靈敏度也會影響。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入和輸出系統(tǒng)中會出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂的情況，在出現(xiàn)空中干擾的情況下，PLC和CPU在使用過程中會出現(xiàn)操作失誤的情況。

2 采取的硬件措施保證PLC系統(tǒng)的可靠性

2.1 抑制電源干擾

通常情況下，PLC系統(tǒng)的電源和供電系統(tǒng)的動力電源使用兩個線路，在PLC系統(tǒng)中可以加入屏蔽隔離變壓器。在一次和二次線圈中間放置屏蔽體，然后進(jìn)行接地，能夠避免出現(xiàn)線圈之間的直接耦合。

2.2 抑制線間干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，存在著很多的線路，一旦出現(xiàn)問題會導(dǎo)致電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)干擾。在系統(tǒng)中，對布線間距和線路的線圈有非常嚴(yán)格的要求，在布線方面也能更好地促進(jìn)控制系統(tǒng)的運行。

2.2.1 地線的連接

對控制系統(tǒng)的接地方式進(jìn)行正確的選擇，能夠避免受到干擾，同時也能促進(jìn)系統(tǒng)的安全運行。在一般情況下，主要的接地方式有浮地式、直接式和電容式，因此，要的PLC系統(tǒng)的可靠性，可以采用直接式方式進(jìn)行接地。

2.2.2 電源線、I/O線與動力線的連接

在PLC系統(tǒng)中，動力電纜通常都是高壓大電流的線路，在使用過程中，系統(tǒng)的配線一旦出現(xiàn)比較接近的情況就會導(dǎo)致干擾情況的出現(xiàn)，因此，在進(jìn)行布線時，要將PLC輸入和輸出線路和其他控制線分開，避免使用同一條電纜。在外部布線過程中，要對控制線纜、動力線路以及輸入輸出線路進(jìn)行隔離。但是，在實際情況中，經(jīng)常會出現(xiàn)使用同一線槽布線的情況，可以使用金屬板將這幾條線路進(jìn)行隔離，然后將金屬板進(jìn)行接地操作。

2.3 抑制外圍設(shè)備干擾

2.3.1 PLC的輸入與輸出端子的保護(hù)

PLC系統(tǒng)在使用過程中會出現(xiàn)輸入和輸出線路斷開時產(chǎn)生較高感應(yīng)電勢的情況，這樣對系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生很大的沖擊。在PLC系統(tǒng)中，驅(qū)動元件會和交流接觸器的線圈進(jìn)行接觸，對提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性有很大的幫助。

2.3.2 輸入與輸出信號的防錯

為了減少PLC輸入電流和外部負(fù)載電流能夠采取并聯(lián)旁路電阻的方式進(jìn)行解決。

2.3.3 漏電流

在PLC系統(tǒng)中，接近開關(guān)和光電開關(guān)等線路式傳感器能夠?qū)敵鲂盘栠M(jìn)行解決，漏電電流較大時，經(jīng)常會產(chǎn)生誤操作，這樣就會導(dǎo)致PLC輸入信號出現(xiàn)不能關(guān)斷的情況。

2.4 抑制電磁干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，電磁干擾的模式存在著不同的情況，可以分為共模干擾和差模干擾。其中，共模干擾在信號對地的電位差情況下比較常見，因此，在采用隔離性能比較差的配電器供電時，會出現(xiàn)共模電壓較大的情況，在情況比較嚴(yán)重的時候電壓會出現(xiàn)高達(dá)130V以上的情況。通常情況下，共模電壓和差模電壓的轉(zhuǎn)換利用不對稱電路來實現(xiàn)，這樣對測控信號會產(chǎn)生很大的影響，情況比較嚴(yán)重時，會導(dǎo)致元器件的損壞。共模干擾的出現(xiàn)比較頻繁，其在直流和交流電路中都會出現(xiàn)。信號兩極間的干擾電壓稱為差模干擾，對于測量與控制精度都有極大的影響。為了避免出現(xiàn)電磁干擾，同時，提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，可以對出現(xiàn)的問題采取必要的措施進(jìn)行預(yù)防，對干擾源進(jìn)行抑制；對電磁干擾的傳播途徑進(jìn)行切斷；對設(shè)備的抗干擾能力進(jìn)行提高。

2.5 安裝中的抗干擾措施

PLC控制系統(tǒng)所處的環(huán)境對其自身的抗干擾能力也存在一定的影響。因此在安裝時應(yīng)注意：濾波器、隔離穩(wěn)壓器應(yīng)設(shè)在PLC柜電源進(jìn)線口處，不讓干擾進(jìn)入柜內(nèi)，或盡量縮短進(jìn)線距離。PLC控制柜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓柜、大動力設(shè)備、高頻設(shè)備。PLC控制柜要遠(yuǎn)離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點。

3 采取的軟件措施保證PLC系統(tǒng)的可靠性

3.1 輸入輸出信號的可靠性的提高

對于提高輸入輸出信號的可靠性主要有以下三種方法：開關(guān)型傳感器信號的“去抖動”措施、數(shù)字濾波、以及指令冗余。

3.2 信息的保護(hù)和恢復(fù)

在PLC內(nèi)部出現(xiàn)的偶發(fā)性故障不會對信息帶來破壞，在故障消失以后信息就可以馬上恢復(fù)，繼續(xù)原來的工作。在對PLC設(shè)備中出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢測時，要將其狀態(tài)儲存到儲存器上，并且利用相應(yīng)的軟件對儲存器進(jìn)行封閉，這樣能夠避免出現(xiàn)儲存信息丟失的問題，同時，也能避免外界對存儲器進(jìn)行操作。在PLC運行環(huán)境恢復(fù)正常以后，要使其回到正常的工作程序中。

3.3 互鎖功能的設(shè)置

為了更好的提高系統(tǒng)的可靠性，對互鎖功能要進(jìn)行考慮，現(xiàn)在，對互鎖功能的工藝還沒有明確，因此，在硬件設(shè)計以及編程方面要更加重視。主要是因為PLC系統(tǒng)的內(nèi)部邏輯上的互鎖會在電路出現(xiàn)故障的時候失效，因此，對這方面的問題要格外重視。

3.4 故障檢測程序的設(shè)計

PLC設(shè)備使用過程中，其本身出現(xiàn)故障的概率會低于外部的輸入和輸出元件，因此，在外部元件出現(xiàn)故障時，也不會導(dǎo)致整個設(shè)備出現(xiàn)自動停機(jī)的情況。要想提高整個系統(tǒng)的可靠性，要對故障檢測程序的設(shè)計工作進(jìn)行重視，提高軟件的檢測效率，同時，在檢測方法上也要進(jìn)行改善，可以應(yīng)用時間故障檢測法和邏輯錯誤檢測法。

4 結(jié)束語

在PLC 控制系統(tǒng)中，主要由硬件和軟件部分決定，因此，在對PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性提高時，可以針對這兩方面采取必要的措施，對相關(guān)的改進(jìn)方式進(jìn)行應(yīng)用，在不斷的實踐過程中對可行性手段進(jìn)行判斷，能夠?qū)LC系統(tǒng)的可靠性起到很大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]彭秀英，陳亞，胡園.基于PLC控制的氣動模擬測量系統(tǒng)的研究設(shè)計[J].液壓與氣動，2010（2）.

[2]彭小平，羅文.PLC控制系統(tǒng)可靠性措施分析[J].機(jī)電信息，2007（11）.endprint