提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

夏剛

摘要：在現(xiàn)代電氣自動控制設(shè)備中，高可靠性是其重要的關(guān)鍵性能，而這些自動化設(shè)備中，由PLC（可編程控制器）直接控制或參與控制的設(shè)備則占了大量的市場份額。因此提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性對于設(shè)備的正常、穩(wěn)定工作乃至該設(shè)備以后的功能增加改進(jìn)來講是非常有必要的。本文主要分析探討了提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施，以供參閱。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；可靠性；措施

PLC也就是指可編程邏輯控制器，主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，其基本的硬件結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)類似，分為電源、中央處理單元、儲存器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等幾個部分。在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的控制系統(tǒng)對其應(yīng)用可靠性有著較高要求，PLC控制系統(tǒng)從功能和結(jié)構(gòu)上來說，能夠充分滿足工業(yè)控制的需求，并且可靠性較高，這也是PLC控制系統(tǒng)能夠得到廣泛應(yīng)用的一個重要因素。

1影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的因素

PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造極其繁瑣，其可靠性研究也涉及到很多方面，因此無論是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、最終的運(yùn)行，還是針對其開展的測試和檢驗(yàn)，均需要進(jìn)行可靠性研究，否則很可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生故障。雖然PLC具有一定的抗干擾能力，并且可靠性也相對較高，但仍然會受到外界因素的影響，如在系統(tǒng)運(yùn)行過程中受到極強(qiáng)的電磁場影響，或周圍溫度的驟然升高或降低，都很容易影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性，另外若電源、布線等方面，或程序設(shè)定方面出現(xiàn)紕漏，都會造成PLC系統(tǒng)的損害，同樣會影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

2提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

2.1 PLC本身設(shè)計(jì)的抗干擾性

PLC采用現(xiàn)代的大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造。與傳統(tǒng)繼電器接觸器控制電路相比，內(nèi)部處理不依靠接點(diǎn)，元件壽命十分長。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)和制造的過程中采取了多層抗干擾措施。在輸入/輸出通道采用光電隔離，有效抑制外部干擾源對PLC的影響；在設(shè)計(jì)中采用濾波器等電路增強(qiáng)PLC對電噪聲、電源波動、振動、電磁波等的干擾，確保PLC在高溫、高濕以及空氣中存在各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣工業(yè)環(huán)境下工作；對中央處理器等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少電磁干擾。

2.2電源與接地

干擾進(jìn)入PLC的主要途徑是電源。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求很高的場合，可以加接屏蔽層的隔離變壓器，還可以串接PLC濾波電路。使用在線式UPS供電，可以避免電網(wǎng)波動、電源品質(zhì)下降及瞬間失電對PLC工作的影響。良好的接地是保證PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件，為了抑制附加在電源及輸入線、輸出線上的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線，并且接地點(diǎn)要與其他設(shè)備分開。

2.3軟件措施

（1）輸入可靠性程序設(shè)計(jì)：輸入出錯常與輸入元器件、接線及信號干擾有關(guān)，如開關(guān)或繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)接不良或抖動；變送器不能正常工作或偏差大；傳輸信號線短路，現(xiàn)場信號無法傳送給PLC；現(xiàn)場干擾嚴(yán)重，信號失真等。防止輸入出錯有很多處理方法，如防抖動，防輸入脈沖丟失、數(shù)字濾波、防止非法輸入、輸入冗余出錯檢測等。（2）輸出可靠性程序設(shè)計(jì)：雖然PLC輸入信號沒有錯，模擬量輸入偏差也不大，PLC處理后得出控制輸出也正確，但如果PLC輸出控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求動作，這些也會使系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。處理輸出執(zhí)行錯誤軟件的方法有輸出監(jiān)控和避免錯誤輸出等。（3）PLC通信可靠性程序設(shè)計(jì)：可用數(shù)據(jù)校驗(yàn)或重復(fù)通信的方法來增強(qiáng)通信的可靠性。（4）異常處理程序：PLC可采用異常處理程序用以應(yīng)對PLC的各種異常情況及出錯處理，如掉電保護(hù)、標(biāo)志位的使用、錯誤報(bào)警、錯誤控制、狀態(tài)記錄、故障預(yù)測與預(yù)防、故障或錯誤診斷以及冗余配置等。

2.4合理配線

（1）PLC電源線、I/O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線，且后者應(yīng)采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。由于雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應(yīng)電流引起的噪聲互相抵消，故信號線多采用雙絞線或屏蔽線。屏蔽線盡可能遠(yuǎn)離大功率電器，盡量避開動力線路單獨(dú)敷設(shè)，若與動力線路不能分開布設(shè)時(shí)，可使用鍍鋅管敷設(shè)，既可防止干擾，又可保護(hù)線路。（2）輸入、輸出信號當(dāng)輸入信號源為晶體管，或是光電開關(guān)輸出類型時(shí)，在關(guān)斷時(shí)仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高，如漏電流干擾超過一定值，就形成了誤信號。同樣，當(dāng)輸出元件為VTH（雙向晶閘管）或是晶體管輸出，而外部負(fù)載又很小時(shí)，會因?yàn)檫@類輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流，導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯誤，給設(shè)備和人身造成不良后果。解決辦法是在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流，還有一種方法是在PLC輸入端加RC濾波環(huán)節(jié)，利用RC的延遲作用來抑制竄入脈沖所引起的干擾。在晶閘管輸出的負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌電流抑制器，減小漏電流的干擾。

2.5適合的工作環(huán)境

各生產(chǎn)廠家對PLC的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。通常PLC允許的工作環(huán)境溫度約在0～55°C。因此，安裝時(shí)不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足夠的通風(fēng)散熱空間；不要把PLC安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所；安裝PLC的控制柜要有通風(fēng)的百葉窗，還應(yīng)該在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。PLC工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于85%，以保證PLC的絕緣性能；濕度太大也會影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。因此，不能將PLC安裝在結(jié)露、雨淋的場所、安裝PLC的控制柜要有防雨措施。在必要的情況下，可以安裝空調(diào)。不宜把PLC安裝在能直接接觸到大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐燭性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性氣體的場所，一旦受到氣體的侵蝕，很容易造成元件及印制線路板的腐蝕。PLC安裝在這種場所，在溫度條件允許的情況下，可以將PLC封閉；或?qū)LC安裝在密閉性較高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。

3結(jié)束語

綜上所述，提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性首先需要對影響PLC可靠性的因素進(jìn)行分析與總結(jié)，并從軟件與硬件兩個方面進(jìn)行探究，可見提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施是多種多樣的，在運(yùn)用這些方法的時(shí)候首先需要結(jié)合PLC的自身特征，從而制定出更加適用于自身的提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施。

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（作者單位：上海一諾自動化工程有限公司）