ＰＬＣ系統(tǒng)可靠性的提高方法

摘要：本文從硬件電路、外圍器件及軟件編程等方面簡(jiǎn)要論述了提高PLC控制系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、安全性的幾種解決措施和實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：PLC；可靠性

中圖分類(lèi)號(hào)：TP33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315(2008)06-118-01

自動(dòng)化系統(tǒng)所使用的各種類(lèi)型PLC，大多處在震動(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(mén)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(wèn)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。

一、PLC及硬件電路

控制系統(tǒng)的可靠性在很大程度上依賴(lài)于硬件電路的設(shè)計(jì)，其中包括PLC的使用環(huán)境、安裝、電源、輸入、輸出電路等。

1.PLC的接地

良好的接地是保證PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件，PLC系統(tǒng)接地的基本原則是單點(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。為了抑制附加在電源及輸入線(xiàn)、輸出線(xiàn)的干擾，應(yīng)給PLC接專(zhuān)用地線(xiàn)，并且接地點(diǎn)要與其他設(shè)備分開(kāi)。此外，接地線(xiàn)要足夠粗，接地電阻要小，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。

2.PLC的安裝環(huán)境

PLC在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，可直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。目前PLC的整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間一般可達(dá)5～10萬(wàn)小時(shí)。但工作環(huán)境過(guò)于惡劣或安裝使用不當(dāng)時(shí)，可靠性會(huì)降低。PLC使用環(huán)境溫度通常在0～55℃范圍，應(yīng)避免陽(yáng)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。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(chǎng)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(guò)度的振動(dòng)和沖擊。

3.PLC的輸入設(shè)備

開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，常用的有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接觸器或繼電器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)等，其器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線(xiàn)方式以及是否牢固可靠是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。器件觸點(diǎn)接觸要保持在良好狀態(tài)，接線(xiàn)要牢固可靠。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(xiàn)時(shí)，PLC的交流線(xiàn)與直流線(xiàn)應(yīng)分開(kāi)走線(xiàn)。開(kāi)關(guān)量與模擬量的輸入/輸出線(xiàn)也要分開(kāi)敷設(shè)，后者最好使用屏蔽線(xiàn)。此外PLC基本單元與擴(kuò)展單元之間的傳送信號(hào)易受干擾，其傳送電纜不能與別的線(xiàn)敷設(shè)在同一管道內(nèi)。輸入/輸出線(xiàn)與系統(tǒng)動(dòng)力線(xiàn)更要分開(kāi)布線(xiàn)，并保持一定距離。PLC的開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入信號(hào)，由于噪聲的干擾、開(kāi)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。所以應(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(lái)抑制錯(cuò)誤信息，提高系統(tǒng)的可靠性。

4.PLC的輸出電路

對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸出來(lái)說(shuō)，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(lái)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(guò)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。

二、利用軟件編程提高系統(tǒng)工作可靠性

PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來(lái)設(shè)計(jì)一些程序，可有效的提高控制系統(tǒng)的可靠性、安全性，例如為了確保PLC動(dòng)作的可靠，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要使用動(dòng)作優(yōu)先程序。PLC程序設(shè)計(jì)的好壞，直接影響控制系統(tǒng)的性能和可靠性，完善的程序不但要滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工藝流程和系統(tǒng)控制的要求，而且還要根據(jù)需要選用軟件編程的方法進(jìn)行信號(hào)相容性檢查，其中包括：開(kāi)關(guān)信號(hào)之間的狀態(tài)是否矛盾，模擬值的變化范圍是否正常，開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)是否一致，以及各個(gè)信號(hào)的時(shí)序是否正確等。采取時(shí)間故障檢測(cè)法、邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)法、聯(lián)鎖控制等方法，充分利用PLC的軟、硬件資源，精心設(shè)計(jì)電路和編寫(xiě)程序，能極大的提高系統(tǒng)的可靠性。

三、外圍電路和執(zhí)行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率極低。而繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行器件的故障率相對(duì)較高，這些元件本身發(fā)生故障時(shí)，PLC不會(huì)自動(dòng)停機(jī)，直到故障造成了后果時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響很大。所以，一方面必須選用高質(zhì)量的元器件來(lái)提高可靠性，另一方面，要充分考慮到故障發(fā)生的可能性，在電路設(shè)計(jì)和軟件編程時(shí)對(duì)故障率較高的外圍器件的工作狀態(tài)進(jìn)行反饋和檢測(cè)，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)故障部位的重要性和對(duì)控制系統(tǒng)的影響，及時(shí)采取給出報(bào)警信息、自動(dòng)停機(jī)等措施，避免造成嚴(yán)重后果。同時(shí)，變頻器在近幾年中已大量被采用，變頻器對(duì)模擬量信號(hào)的干擾十分嚴(yán)重，在同一環(huán)境中使用時(shí)，應(yīng)對(duì)變頻器單獨(dú)接地，合理布線(xiàn)，避免或減小干擾的影響，提高系統(tǒng)控制的可靠性。

參考文獻(xiàn):

[1]許和平 歐姆龍自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)J．工程技術(shù)，2005．

[2]蔡林 PLC控制操作指南M．北京：中國(guó)鐵路出版社，2003．