如何提高PLC系統(tǒng)的可靠性

付修林

近年來隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的微型技術(shù)也不斷涌出，尤其在高級(jí)電工維修階段出現(xiàn)了可編程序控制器（以下簡稱PLC）。此程序控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中，從而進(jìn)一步取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸的邏輯控制。何謂可編程序控制器（PLC）？是指在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從宏觀上講，PLC 是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，比一般計(jì)算機(jī)擁有更強(qiáng)的更有利的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，現(xiàn)階段已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。運(yùn)用此控制系統(tǒng)，其工作可靠性比單純繼電器和接觸器控制大大提高。但是維護(hù)以及提高此系統(tǒng)的可靠性也非常的重要，因?yàn)镻LC系統(tǒng)的運(yùn)用大多處于震動(dòng)大、 灰塵多、 電磁干擾強(qiáng)等惡劣環(huán)境中。

要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性， 一方面要求 PLC 生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力， 另一方面要求應(yīng)用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中多方配合解決問題， 有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。下面本人將從三個(gè)方面對其系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究：PLC &硬件電路，通過軟件編程提高可靠性，外圍電路和執(zhí)行器件。

第一部分：PLC &硬件電路

PLC 的可靠性大多依附于硬件設(shè)備，尤其當(dāng)遭遇環(huán)境惡劣時(shí)對其影響很大，因此章節(jié)本人將從PLC使用的環(huán)境、安裝、電源、輸入、輸出電路等進(jìn)行一系列的分析。

1.1 PLC 的安裝環(huán)境

PLC 由于在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施， 因此可直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。PLC 使用環(huán)境溫度通常在 0～55℃范圍，應(yīng)避免陽光直射， 安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的器件， 保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。目前 PLC 的整機(jī)平均無故障工作時(shí)間一般可達(dá) 5～10 萬小時(shí)。但工作環(huán)境過于惡劣或安裝使用不當(dāng)時(shí)， 可靠性會(huì)降低。環(huán)境濕度一般應(yīng)小于 85%， 以保證 PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、 濃霧或粉塵的場合， 需將 PLC封閉安裝。如果 PLC 安裝位置有強(qiáng)烈的震動(dòng)源， 應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施， 避免有過度的振動(dòng)和沖擊。

1.2 PLC 的接地

PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件是要保證良好的接地，基本原則是單點(diǎn)接地， 即將整個(gè)裝配表面接到低阻抗地的參考點(diǎn)， 這個(gè)連接應(yīng)具有極低的直流電阻（<100 歐姆）和高頻阻抗. 為了防止其他電源線的干擾應(yīng)為PLC 接專用地線。并且盡量與其他設(shè)備分開，同時(shí)接地線要足夠粗，電阻要小，接地點(diǎn)盡可能與PLC 距離減少。

1.3 PLC 的輸入設(shè)備及輸出電路

影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素之一開關(guān)量輸入信號(hào)， 通常使用的有按鈕、 選擇開關(guān)、 行程開關(guān)、 限位開關(guān)、 接觸器或繼電器的常開、 常閉觸點(diǎn)等， 其器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式以及是否牢固。在設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件。模擬量輸入信號(hào)常用的有 4～20mA、0～20mA直流電流信號(hào)；0～5V、 0～10V直流電壓信號(hào)。電源為直流 24V。 在布線時(shí)， PLC 的交流線與直流線應(yīng)分開走線。 開關(guān)量與模擬量的輸入 / 輸出線也要分開敷設(shè)， 后者最好使用屏蔽線。輸入 / 輸出線與系統(tǒng)動(dòng)力線更要分開布線， 并保持一定距離。PLC 的開關(guān)量和模擬量輸入信號(hào)， 會(huì)由噪聲的干擾、 開關(guān)的誤動(dòng)作、 模擬信號(hào)誤差等因素的影響， 會(huì)形成輸入信號(hào)的錯(cuò)誤， 嚴(yán)重時(shí)將引起程序判斷失誤， 造成誤動(dòng)作。 因此應(yīng)選擇可靠性高的電路設(shè)計(jì)，并在軟件編程時(shí)采取措施來抑制錯(cuò)誤信息， 提高系統(tǒng)的可靠性。

對于開關(guān)量輸出， PLC 的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、 晶體管輸出 3 種形式， 具體選用哪種形式的輸出，應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定。選擇不當(dāng)會(huì)降低系統(tǒng)可靠性， 嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載， 晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。此外， PLC 的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的， 如果超過了規(guī)定的最大限值， 必須外接繼電器或接觸器， 才能正常工作。PLC 輸出電流的額定值是與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)的。額定負(fù)載電流還與溫度有關(guān)， 當(dāng)工作環(huán)境溫度高時(shí)， 額定負(fù)載電流相應(yīng)減小。

第二部分：通過軟件編程提高可靠性

通過研究發(fā)現(xiàn)，PLC 系統(tǒng)內(nèi)部由定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等一系列軟元件組成，適當(dāng)?shù)睦密浽O(shè)計(jì)一些程序可以有效的提高PLC 的可靠性和安全性。例如，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要使用動(dòng)作優(yōu)先程序。

在日常生活辦公中完善PLC 程序不僅要滿足現(xiàn)場流程和系統(tǒng)控制的要求，還要根據(jù)實(shí)際情況選用軟件編程方法進(jìn)行信號(hào)相容性檢查。這其中包括：各個(gè)信號(hào)的時(shí)序是否正確，模擬值的變化范圍是否正常等。

同時(shí)本人認(rèn)為， 可以適當(dāng)?shù)牟扇r(shí)間故障檢測法，聯(lián)鎖控制等方法，充分利用PLC 的軟硬件精心設(shè)計(jì)電路和程序，充分安全快速的提高系統(tǒng)的可靠性。

第三部分：外圍電路和執(zhí)行器件

在實(shí)際運(yùn)用中PLC 本身的可靠性較高，故障率低。然而外圍電路器件如繼電器、電磁閥等零件的故障率卻比較高，此類故障不會(huì)因元件本身而造成PLC 的運(yùn)行，直到造成后果時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，因此對系統(tǒng)可靠性的影響很大。

因此要從兩個(gè)方面來防止此現(xiàn)象的發(fā)生：第一， 選用高質(zhì)量的元器件。 第二，在對電路設(shè)計(jì)和軟件編程時(shí)要對引起故障率頻發(fā)的外圍器件的工作狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)的檢測， 當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)及時(shí)給出報(bào)警信息、自動(dòng)停機(jī)等措施，以免引起嚴(yán)重后果。

以及在同一環(huán)境下，對變頻器要單獨(dú)合理的布線，將干擾減少到最小的影響，盡最大可能的提高系統(tǒng)控制的可靠性。

第四部分：總結(jié)

提高維護(hù)PLC 系統(tǒng)的可靠性與多種因素息息相關(guān)，因此使用PLC 的技術(shù)人員只有采取了正確的設(shè)計(jì)路線，選擇質(zhì)量高的元器件，通過不斷的維護(hù)改善工作環(huán)境，以及編制健康安全的監(jiān)控程序等措施才能使PLC 的可靠性不斷的提升，以達(dá)到最好的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王維江，韓廣明主編，《電氣運(yùn)行與維修》 北極星工業(yè)出版社 2006