探討提高PLC系統可靠性的方法研究

摘要：文章詳細介紹了PLC控制系統的含義以及影響其可靠性的主要因素，結合玻璃行業針對影響PLC系統的這些因素總結了一些具體的解決措施，并且對提高PLC系統可靠性的方法進行探討。

關鍵詞：PLC系統可靠性

一、PLC系統的概念

PLC系統又稱為可編程邏輯控制器，是由摸仿原繼電器的控制原理發展而來的。伴隨著計算機技術的不斷進步，PLC系統的功能也在不斷完善，而且由于PLC系統還具有很強的抗干擾能力，操作以及編程簡單，系統性價比高以及運行可靠性好等優點，目前已經在工業生產當中大量推廣應用。

PLC系統是一種專門用在工業自動化生產下的控制系統，而且用戶事先已將將生產過程的一些工藝要求編制到控制程序里然后存入PLC系統的用戶程序存儲器當中，所以在通常情況下是不需要采取任何特殊措施就能夠直接適應于工業自動化生產的環境，但如果是因為沒有按照正規操作使用或者沒有進行正當的保護設計、使用環境非常惡劣等情況下都有可能造成PLC系統內部信息的損壞，從而引起整個控制程序的紊亂，嚴重情況下還會導致系統內部元件的破壞直接影響到了系統運行的可靠性。因此本文就以玻璃生產為例探討提高PLC系統可靠性的方法研究。

二、提高PLC控制系統可靠性的措施

由于事先已經將玻璃生產環節當中的各個工藝要求編織成程序存入到PLC控制系統的存儲器當中，所以對于提高PLC系統可靠性的研究應該對整個系統的軟、硬件設計進行分析。

（一）輸入與輸出端子的保護

當輸入或者輸出端存在感性元件時就要施加相應的保護措施，具體分直流電路和交流電路兩種情況。在直流電路中，應該在輸入或者輸出端并聯續流二極管，如圖1（a）所示。續流二極管的額定電流可以選擇1A，額定電壓則藥大于電源電壓的3倍；在交流電路中，應該給兩端并聯阻容器，如圖1（b）所示。阻容器的電容可以選擇0.1μF～0.47μF，額定電壓要大于電源的峰值電壓，電阻值可以選擇51Ω～120Ω。通過對輸入與輸出端施加保護措施可以有效地防止兩端存在的感性元件斷開時產生強大的浪涌電流或者感應電動勢從而對PLC系統輸入或者輸出端子以及內部電源造成損壞。

圖1輸入輸出點的保護

另外當PLC系統輸出端的驅動負載是交流接觸器或者電磁閥這一類的元件時，則應該在輸出端和驅動元件之間設置一個能夠起到隔離作用的繼電器（AC-SSR），如圖2所示。

圖2 電磁閥以及交流接觸器的驅動電路

由圖可知RH是一個金屬氧化物壓敏電阻，當電路斷開時，RH可以吸收來自線圈中巨大的浪涌電流。通過大量的實踐證明這種保護措施是非常有效的。

（二）PLC與傳感器元件連接的保護

當PLC系統與兩線式傳感器相連接時，由于這類傳感器的漏電電流很大，容易對PLC產生影響發出一些錯誤的信號，所以有必要在輸入端并聯一個旁路電阻進行保護，如圖3所示。

圖3輸入設備有漏電電流時的接線

由圖可知，R為旁路電阻，它的阻值可以根據公式推到為：

其中I為傳感器的漏電電流，Ue為額定電壓，Ie為額定電流，UL是PLC輸入電壓的上限值。

（三）安裝可布線保護措施

PLC系統的電源應該經過隔離變壓器供電，在這個過程中要安裝濾波器過濾掉高額波，避免由于高額波產生的干擾。除此以外PLC系統還應該確保擁有良好、獨立的接地裝置，切忌與其它設備共用一個接地體。接地電阻應該小于100Ω，接地線的長度在20m以內。

PLC電源線、動力線以及I/O線應該放置在各自電纜管或者電纜槽中，線中心距應該大于300㎜。模擬量輸入/輸出線應該進行屏蔽保護，屏蔽層的一端應該接地。

（四）短路、聯鎖、失壓遇緊急停車保護措施

為了防止PLC系統出現負載短路，應該在每個負載的回路中加裝熔斷器。PLC系統功能表有時候并不要求有聯鎖、互鎖的功能。但是為了確保PLC系統的可靠性，在程序編制以及硬件設計的過程中應該進行考慮。例如針對大功率電機，由于接觸器主觸點燒死，這時線圈斷已經電，但主電路仍不斷開，這時輸出端是失電的，但如果給反轉控制命令則反轉接觸器就會因為通電而導致三相電源短路的故障。而此時應該用硬接線將兩個接觸器的常閉接觸點串聯在對方線圈控制回路上，實現硬件的互鎖，同時將這兩個接觸器的常開輔助點作為輸入端引入PLC的輸入口，在軟件中把這兩個輸入點定義號以常閉方式傳入對方的輸出點線圈中進行保護。

（五）冗余系統保護

如果在玻璃生產過程中對PLC系統可靠性有較高的要求，就可以采用增加冗余系統這一方式。所謂冗余系統就是指PLC系統中的多余部分，在缺少它的情況下依舊可以正常運行，但如果出現故障，冗余系統則可以代替故障系統繼續運行。具體可以通過硬件以及軟件兩種形式實現冗余系統保護：首先靠硬件實現的冗余系統保護是指，PLC系統中存在兩個CPU模塊其中一個為備用模塊，它們執行相同的用戶程序。主模塊正常運行的情況下，備用模塊則被禁止運行，而一旦主模塊出現故障，則可以立即切換到備用模塊進行運行，切換操作是由冗余處理單元進行控制的；而利用軟件實現的冗余系統保護，系統當中也存在兩個CPU模塊，不同的是，進行模塊切換時是利用相應的軟件而不是冗余處理單元進行操作的。但由于備用一個冗余系統也就相應的增加了成本費用，所以如果玻璃生產過程中對PLC系統可靠性么有太嚴格的要求一般不提倡采用這種方法。

（六）故障檢測程序的設計

在以往的生產過程中發現PLC外部輸入，輸出元件的故障率要遠大于PLC本身的故障。所以要提高PLC系統的可靠性，處了在硬件進行必要的保護的措施以外，還需要在軟件設計中增加故障檢測程序。例如可以編制時間控制程序。由于PLC系統運行是按照存儲程序的內容逐條進行的，系統控制工作循環的每一個步驟都有著相應的時間規定，一旦某個環節運行時間出現了問題，就會破壞整個生產，所以有必要設計時間控制程序，當系統出現問題時立即啟動預警，然后程序可以停止正在運行的程序。

三、結束語

提高PLC控制系統可靠性的方式有很多，通過本文介紹的幾種有效措施，可以很好地提升玻璃生產當中PLC系統操作的穩定性。總之要提高PLC系統的可靠性就要在實際的生產過程中，充分考慮各個環節產生的不利因素，采取相應的解決措施，從而使PLC更加安全、更加可靠的運行。

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