淺析PLC控制系統在連續退火機組的穩定性

羅冉杰

（太鋼集團公司，山西 太原 030024）

可編程控制器（PLC）是以微處理器技術為基礎，綜合計算機技術和自動控制技術發展起來的一種新型工業控制器。因其具有通用性好、實用性強、抗干擾能力強、可靠性高、編程簡單、性能價格比高等特點，在工業控制領域得到越來越廣泛應用。

連續退火機組是指鋼帶在不間斷的情況下連續通過加熱爐體進行工藝結晶。一旦出現故障機組停止運行，無論是1 s，還是1 min，還是1 h，爐內的鋼帶都將全部報廢，給企業帶來巨大的經濟損失，所以，PLC控制系統在連續退火機組的生產過程中穩定性就顯得尤為重要。

1 PLC控制系統穩定性降低的主要原因

雖然工業控制機和可編程控制器本身都具有很高的可靠性，但是影響其整體系統的穩定性的原因仍然有很多。

1.1 施工建設與安裝環境的原因

（1）接地系統混淆，造成PLC控制系統出錯導致莫名死機。主要是因為沒有將PLC控制的接地系統與動力電網的接地系統進行分離。在連續退火機組運行初期，PLC控制系統經常出現莫名其妙的死機，后經過仔細檢查才發現錯將PLC控制系統的接地接在了動力電網的接地系統上，造成了故障的發生。

（2）PLC的安裝環境對于系統的穩定性也很關鍵。溫度要求在0～55℃，空氣相對濕度在5%～85%，避免有較濃的粉塵和腐蝕性氣體及煙霧，以免造成電源和模板損壞。

（3）通訊與控制電纜的敷設擺放必須與動力電纜分離，最好有單獨的橋架或者穿鍍鋅管，防止電磁及輻射干擾。

1.2 輸入采樣與輸出執行機構的原因

（1）造成傳輸信號線短路或斷路，當傳輸信號線出故障時，現場信號無法傳送給PLC，造成控制出錯。

（2）點抖動，現場觸點雖然只閉合一次，PLC卻認為閉合了多次。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，仍可能在計數、累加、移位等指令中出錯，出現錯誤控制結果。

（3）現場變送器，機械開關自身出故障，如觸點接觸不良。變送器反映現場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會使控制系統不能正常工作。

（4）控制負載的接觸不能可靠動作，雖然PLC發出了動作指令，但執行機構并沒按要求動作。

（5）控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機并沒按要求工作。

（6）各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關的沒能關到位。由于執行機構沒能按PLC的控制要求動作，使系統無法正常工作，降低了系統可靠性。

1.3 控制程序編寫不嚴謹

（1）未對組織塊進行編程或者編程錯誤，造成PLC自身錯誤檢測和處理能力下降，導致死機。

（2）邏輯程序編寫不嚴謹，造成程序死循環的出現，導致死機。

（3）故障報警系統制作不完善、分類不清、層次不明、主次不分等。

2 PLC控制系統穩定性的解決方案

連續退火機組在初期運行時，每年因PLC系統故障造成的故障時間占總故障時間的48%。經過幾年來的不斷摸索與改進，現階段因PLC系統故障造成的故障時間占總故障時間的5%。現將一些改進的措施與方法與大家共同探討。

（1）將PLC控制系統的接地與動力電網的接地徹底分離，并嚴格檢查公共點和接地點。PLC系統接地的基本原則是單點接地，與其他設備分離，并應使用專用的PLC接地線。PLC接地系統的完善可避免許多不明原因的故障發生。

（2）將PLC系統控制柜放置在寬敞、通氣性好、無腐蝕性氣體和霧氣的地方，最好配置空調，提供一個恒定的環境。

（3）所有的通訊電纜和控制電纜都使用單獨的橋架，并且保證與動力電纜的橋架距離要大于0.3 m，以避免發生電磁和輻射干擾。在具有大功率電機和電加熱控制器的地方，最好穿鍍鋅管。

（4）輸入、輸出電路的保護。一方面要保證按鈕、開關、行程開關的質量；另一方面，應在直流感性元件兩端并聯續流二極管，對交流感性元件兩端應并聯阻容吸收電路。這樣做是為了防止在電感性輸入或輸出電路斷開時，產生很高的感應電勢或者浪涌電流對PLC輸入、輸出端點及內部電源形成沖擊。

（5）對于重要的輸入、輸出點采用雙點雙出的方法，以保證其穩定可靠，即兩個輸入點在外部并聯輸入，或兩個輸出點在外部并聯輸出。

（6）在程序調試時，模擬實驗各種組織塊的功能，并加以完善（OB82、OB83、OB85、OB86 等）。

（7）在用戶程序編輯和調試時，要利用計時器過濾為輸入信號，要增加鎖定邏輯提高系統對設備故障的判斷能力，要增加互鎖邏輯防止誤操作發生。

（8）設計完善的故障報警功能。故障報警功能要做到主次清晰、分類明確、層次合理。當設備出現故障時，有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應設備要閃爍，歷史事件表要記錄清晰。對于故障要區分等級，對應的采取聲光、光電、警報等類型以達到提示的作用。

3 結束語

PLC控制系統的穩定性不單單只取決于其本身可靠性，與其周邊設備的質量，硬件的安裝，軟件的設計有著很大的關系，所以一個大型控制系統要保證其穩定性，要綜合各方面因素去考慮。

上述各種改進方式，有些是在系統的安裝調試時采用的，有些是在以后的使用過程中根據機組的實際生產情況作出的改進。經過幾年的運行，證明這些方法的采用對保證系統的穩定性是行之有效的。