淺析提高PLC自動控制系統(tǒng)可靠性的措施
江耀輝
摘要：分析影響自動控制系統(tǒng)可靠性的因素，從多方面采取有效措施，提高PLC的抗干擾能力，增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的可靠性。
關(guān)鍵詞：PLC 自動控制系統(tǒng) 可靠性 措施
一、影響控制系統(tǒng)可靠性的因素
可編程控制器由于抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價(jià)格比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。然而在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。例如輸入給PLC的開關(guān)量信號出現(xiàn)錯(cuò)誤，模擬量信號出現(xiàn)較大偏差，PLC輸出口控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯(cuò)，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。其中，影響現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯(cuò)的主要因素有：
1、傳輸信號線短路或斷路，當(dāng)傳輸信號線出故障時(shí)，現(xiàn)場信號無法傳送給PLC，造成控制出錯(cuò)。
2、機(jī)械觸點(diǎn)抖動，現(xiàn)場觸點(diǎn)雖然只閉合一次，PLC卻認(rèn)為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計(jì)數(shù)、累加、移位等指令中出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤控制結(jié)果。
3、現(xiàn)場變送器，機(jī)械開關(guān)自身出故障，如觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等。
而影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要因素有：
1、控制負(fù)載的接觸不能可靠動作，雖然PLC發(fā)出了動作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動作。
2、控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機(jī)并沒按要求工作。
3、各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。
二、提高自動控制系統(tǒng)可靠性的措施
為了提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：
1、適合的工作環(huán)境
（1）環(huán)境溫度適宜。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允許的環(huán)境溫度約在0~55°C。
（2）環(huán)境濕度適宜。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。
（3）注意環(huán)境污染。不宜把PLC安裝在有大量污染物（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地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。
（4）遠(yuǎn)離振動和沖擊源。安裝PLC的控制柜應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。
（5）遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動力設(shè)備等，同時(shí)PLC還應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。
2、合理的安裝與布線
（1）注意電源安裝。電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求。一般PLC的內(nèi)部電源都采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。
在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)還應(yīng)注意以下問題：
① 隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾；
② 系統(tǒng)的動力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動時(shí)引起的線路壓降；
③ PLC輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號。
（2）遠(yuǎn)離高壓。PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個(gè)控制柜內(nèi)。
（3）合理的布線
① I/O線、動力線及其它控制線應(yīng)分開走線，盡量不要在同一線槽中布線；
② 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線；
③ 開關(guān)量與模擬量的Ｉ/Ｏ線最好分開走線，對于傳送模擬量信號的Ｉ/Ｏ線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應(yīng)一端接地；
④ PLC的基本單元與擴(kuò)展單元之間電纜傳送的信號小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋在同一線槽內(nèi)；
⑤ PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端子或單股線，不宜用多股絞合線直接與PLC的接線端于連接，否則容易出現(xiàn)火花。
3、必須的安全保護(hù)環(huán)節(jié)
（1）短路保護(hù)。當(dāng)PLC輸出設(shè)備短路時(shí)，為了避免PLC內(nèi)部輸出元件損壞，應(yīng)該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個(gè)負(fù)載的回路中都裝上熔斷器。
（2）互鎖與聯(lián)鎖措施。除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。
（3）失壓保護(hù)與緊急停車措施。PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施，當(dāng)臨時(shí)停電再恢復(fù)供電時(shí)，不按下“啟動”按鈕PLC的外部負(fù)載就不能自行啟動。
4、正確的接地
PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提。在設(shè)計(jì)時(shí)，PLC的接地應(yīng)與動力設(shè)備的接地分開，采用專用接地；如不能分開接地時(shí)，應(yīng)采用共用接地；絕對禁止采用共通接地方法。PLC的接地線應(yīng)盡量短，使接地點(diǎn)盡量靠近PLC。同時(shí)，接地電阻要小于100Ω，接地線的截面應(yīng)大于2mm2。
5、必要的軟件措施
有時(shí)硬件措施不一定完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。
（1）消除開關(guān)量輸入信號抖動
在實(shí)際應(yīng)用中，有些開關(guān)輸入信號接通時(shí)，由于外界的干擾而出現(xiàn)時(shí)通時(shí)斷的“抖動”現(xiàn)象。因此，必須對某些“抖動”信號進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。
（2）故障的檢測與診斷
PLC的可靠性很高且本身有很完善的自診斷功能，如果PLC出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢復(fù)正常工作。
① 超時(shí)檢測。機(jī)械設(shè)備在各工步的動作所需的時(shí)間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時(shí)間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動作時(shí)啟動一個(gè)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的設(shè)定值比正常情況下該動作的持續(xù)時(shí)間長20％左右。
② 邏輯錯(cuò)誤檢測 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PLC的輸入、輸出信號和內(nèi)部的信號（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就應(yīng)按故障處理。
（3）消除預(yù)知干擾
某些干擾是可以預(yù)知的，它們可能使PLC接收錯(cuò)誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖。
三、結(jié)束語
在實(shí)際應(yīng)用中，影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的因素多種多樣，我們要分析各種因素產(chǎn)生的原因，在電路設(shè)計(jì)和軟件編程中采取相應(yīng)的技術(shù)措施，并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善，確保PLC控制系統(tǒng)可以長期、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：
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