基于PLC控制系統可靠性運行分析

路鵬

（大慶石油化工工程檢測技術有限公司化學分析室，黑龍江 大慶 163000）

1 前言

可編程序控制器（以下簡稱PLC）是在程序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。從廣義上講，PLC是一種計算機系統，比一般計算機具有更強的與工業過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動化控制系統的基本裝置。可編程控制器由于抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高，在工業控制領域得到越來越廣泛應用。

2 PLC控制系統的主要特點

2.1 可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h 以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。

2.2 模塊化組合靈活可編程控制器是系列化產品，通常采用模塊結構來完成不同的任務組合。I/O從8～8192點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結構形式也是多樣的。

2.3 功能強PLC應用微電子技術和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數等順序控制功能?；拘褪皆偌由夏MI/O、基本算術運算、通信能力等。復雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能I/O、PID調節、過程監視、網絡通信能力、遠程I/O、多處理器和高速數據處理能力。

2.4 編程方便PLC適用針對工業控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。

2.5 適應工業環境PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環境下工作，能在強電磁干擾環境 下可靠工作。這是PLC產品的市場生存價值。

2.6 安裝、維修簡單與計算機系統相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統便可工作，各個模件上設有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產迅速恢復。然后再對故障模件進行修復，這對大規模生產場合尤為適宜。一些PLC外殼由可在不良工作環境下工作的合金組成，結構簡單，上面帶有散熱槽，在高溫下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。

2.7 運行速度快隨著微處理器的應用，使PLC的運行速度增快，使它更符合處理高速度復雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。

2.8 總價格低PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應地降低了價格。另外，采用PLC還可以大大縮短設計、編程和投產周期，使總價格進一步降低。

PLC系統與工業總線計算機和DCS系統相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發展。促進了工業的 進步。PLC產品面臨現場總線的發展，將再次革新，滿足工業與民用控制的更高需要。

3 導致PLC系統可靠性降低的原因分析

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，但如果輸入給PLC的開關量信號出現錯誤，模擬量信號出現較大偏差，PLC輸出口控制的執行機構沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯，造成無法挽回的經濟損失。

3.1 影響現場輸入給PLC信號出錯的主要原因：

3.1.1 造成傳輸信號線短路或斷路(由于機械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害)，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。

3.1.2 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。

3.1.3 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。

3.2 影響執行機構出錯的主要原因：

3.2.1 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。

3.2.2 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。

3.2.3 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。要提高整個控制系統的可靠性，必須提高輸入信號的可靠性和執行機構動作的準確性，否則PLC應能及時發現問題，用聲光等報警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統安全、可靠、正確地工作。

4 PLC控制系統可靠性提高的措施

4.1 利用軟件編程提高系統工作可靠性

PLC內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可有效的提高控制系統的可靠性、安全性，例如為了確保 PLC動作的可靠，在軟件設計時根據需要使用動作優先程序。PLC程序設計的好壞，直接影響控制系統的性能和可靠性，完善的程序不但要滿足現場工藝流程和系統控制的要求，而且還要根據需要選用軟件編程的方法進行信號相容性檢查，其中包括:開關信號之間的狀態是否矛盾，模擬值的變化范圍是否正常，開關量和模擬量信號是否一致，以及各個信號的時序是否正確等。采取時間故障檢測法、邏輯錯誤檢測法、聯鎖控制等方法，充分利用PLC的軟、硬件資源，精心設計電路和編寫程序，能極大的提高系統的可靠性。

4.2 外圍電路和執行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率極低。而繼電器、接觸器、電磁閥等執行器件的故障率相對較高，這些元件本身發生故障時，PLC不會自動停機，直到故障造成了后果時才會被發現，對系統可靠性的影響很大。所以，一方面必須選用高質量的元器件來提高可靠性，另一方面，要充分考慮到故障發生的可能性，在電路設計和軟件編程時對故障率較高的外圍器件的工作狀態進行反饋和檢測，當有故障發生時，根據故障部位的重要性和對控制系統的影響，及時采取給出報警信息、自動停機等措施，避免造成嚴重后果。

4.3 加強 PLC控制系統可靠性的管理

4.3.1 維護管理

PLC控制系統的可靠性，其主要因素還是要做好后期的維護管理工作，維護設備主要部位：供電電源，外部環境、安裝狀態、電源(Ps)、中央處理單元(CPU)、信號模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等外圍設備等。

4.3.2 人的管理

隨著科技的發展，自動化的科學含量不斷的提高。這將對工作人員的素質提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設備情況、檢修、規劃和設計等；而且還要懂得計算機以及具有一定技術水平。因此，必須從人員的培訓力度、培訓方式和培訓內容等著手。不斷提高工作人員的業務素質和思想素質，才能勝任其工作崗位。

結束語

PLC控制系統的工作可靠性與多種因素有關，有些客觀因素也干擾著控制系統的穩定性。通過設計正確的硬件線路，選擇質量高的元器件，改善工作環境，編制監控程序等措施，可以使PLC控制系統的工作可靠性和穩定性得到很大的提高。

[1]常斗南等.可編程序控制器原理、應用、實驗[M].北京:機械工業出版社，2003.

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