淺談PLC控制系統的可靠性設計

張洪

摘 要：文章對PLC控制系統可靠性的影響因素進行了分析，對PLC控制系統的可靠性進行研究時，對相關的硬件以及軟件部分都采取了相應的措施，同時，對控制系統中出現的干擾源以及優化措施都進行了探討。

關鍵詞：PLC控制系統；可靠性設計；干擾源；硬件措施；軟件措施

引言

PLC控制系統在工業生產中應用比較廣泛，其能夠提高微電子器件的使用可靠性，其在應用過程中比機械觸點的繼電器更加具有可靠性。在工業生產中，生產環境通常比較復雜，因此，要對PLC控制系統的可靠性進行提高，對現場出現的不同情況進行有效地控制。在一般情況下，可編程控制器在生產現場以及使用中會出現很多的問題，主要是其中包含著很多的組成部分，這些部分在使用過程中經常會出現各種各樣的問題，對各個部分的可靠性進行提高，能夠更好的保證整個系統的可靠性，這樣對工業生產也能進行保證。

1 影響PLC系統可靠性的干擾源

對PLC系統的可靠性進行影響，通常是干擾源的出現，一般分為內部干擾源和外部干擾源。內部干擾源主要來自于元器件在使用過程中經常會出現布局不合理的情況，導致內部出現信號干擾的問題。在PLC系統中，線路中也存在著電容性元件存在的情況，在使用過程中經常會出現振蕩的情況。主要的外部干擾源來自供電電源中電壓產生的波動，高次諧波會產生一定的干擾，在開關通斷的情況下會形成高低頻干擾，部分信號在產生過程中會形成感應電勢，進而產生一定的干擾。很多的設備在使用過程中都要串入系統中，這樣會產生電容耦合進而導致干擾問題出現。

干擾源的主要干擾途徑經常是來自電源線、輸入和輸出線路以及空中等部位，供電質量下降過程會導致電源線上出現干擾的情況，同時，對PLC 的控制靈敏度也會影響。在PLC控制系統中，輸入和輸出系統中會出現一些問題，導致控制系統出現紊亂的情況，在出現空中干擾的情況下，PLC和CPU在使用過程中會出現操作失誤的情況。

2 采取的硬件措施保證PLC系統的可靠性

2.1 抑制電源干擾

通常情況下，PLC系統的電源和供電系統的動力電源使用兩個線路，在PLC系統中可以加入屏蔽隔離變壓器。在一次和二次線圈中間放置屏蔽體，然后進行接地，能夠避免出現線圈之間的直接耦合。

2.2 抑制線間干擾

在PLC控制系統中，存在著很多的線路，一旦出現問題會導致電磁感應和靜電感應干擾。在系統中，對布線間距和線路的線圈有非常嚴格的要求，在布線方面也能更好地促進控制系統的運行。

2.2.1 地線的連接

對控制系統的接地方式進行正確的選擇，能夠避免受到干擾，同時也能促進系統的安全運行。在一般情況下，主要的接地方式有浮地式、直接式和電容式，因此，要的PLC系統的可靠性，可以采用直接式方式進行接地。

2.2.2 電源線、I/O線與動力線的連接

在PLC系統中，動力電纜通常都是高壓大電流的線路，在使用過程中，系統的配線一旦出現比較接近的情況就會導致干擾情況的出現，因此，在進行布線時，要將PLC輸入和輸出線路和其他控制線分開，避免使用同一條電纜。在外部布線過程中，要對控制線纜、動力線路以及輸入輸出線路進行隔離。但是，在實際情況中，經常會出現使用同一線槽布線的情況，可以使用金屬板將這幾條線路進行隔離，然后將金屬板進行接地操作。

2.3 抑制外圍設備干擾

2.3.1 PLC的輸入與輸出端子的保護

PLC系統在使用過程中會出現輸入和輸出線路斷開時產生較高感應電勢的情況，這樣對系統的運行會產生很大的沖擊。在PLC系統中，驅動元件會和交流接觸器的線圈進行接觸，對提高PLC控制系統的可靠性有很大的幫助。

2.3.2 輸入與輸出信號的防錯

為了減少PLC輸入電流和外部負載電流能夠采取并聯旁路電阻的方式進行解決。

2.3.3 漏電流

在PLC系統中，接近開關和光電開關等線路式傳感器能夠對輸出信號進行解決，漏電電流較大時，經常會產生誤操作，這樣就會導致PLC輸入信號出現不能關斷的情況。

2.4 抑制電磁干擾

在PLC控制系統中，電磁干擾的模式存在著不同的情況，可以分為共模干擾和差模干擾。其中，共模干擾在信號對地的電位差情況下比較常見，因此，在采用隔離性能比較差的配電器供電時，會出現共模電壓較大的情況，在情況比較嚴重的時候電壓會出現高達130V以上的情況。通常情況下，共模電壓和差模電壓的轉換利用不對稱電路來實現，這樣對測控信號會產生很大的影響，情況比較嚴重時，會導致元器件的損壞。共模干擾的出現比較頻繁，其在直流和交流電路中都會出現。信號兩極間的干擾電壓稱為差模干擾，對于測量與控制精度都有極大的影響。為了避免出現電磁干擾，同時，提高PLC控制系統的可靠性，可以對出現的問題采取必要的措施進行預防，對干擾源進行抑制；對電磁干擾的傳播途徑進行切斷；對設備的抗干擾能力進行提高。

2.5 安裝中的抗干擾措施

PLC控制系統所處的環境對其自身的抗干擾能力也存在一定的影響。因此在安裝時應注意：濾波器、隔離穩壓器應設在PLC柜電源進線口處，不讓干擾進入柜內，或盡量縮短進線距離。PLC控制柜應盡可能遠離高壓柜、大動力設備、高頻設備。PLC控制柜要遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產生電弧的觸點。

3 采取的軟件措施保證PLC系統的可靠性

3.1 輸入輸出信號的可靠性的提高

對于提高輸入輸出信號的可靠性主要有以下三種方法：開關型傳感器信號的“去抖動”措施、數字濾波、以及指令冗余。

3.2 信息的保護和恢復

在PLC內部出現的偶發性故障不會對信息帶來破壞，在故障消失以后信息就可以馬上恢復，繼續原來的工作。在對PLC設備中出現的故障進行檢測時，要將其狀態儲存到儲存器上，并且利用相應的軟件對儲存器進行封閉，這樣能夠避免出現儲存信息丟失的問題，同時，也能避免外界對存儲器進行操作。在PLC運行環境恢復正常以后，要使其回到正常的工作程序中。

3.3 互鎖功能的設置

為了更好的提高系統的可靠性，對互鎖功能要進行考慮，現在，對互鎖功能的工藝還沒有明確，因此，在硬件設計以及編程方面要更加重視。主要是因為PLC系統的內部邏輯上的互鎖會在電路出現故障的時候失效，因此，對這方面的問題要格外重視。

3.4 故障檢測程序的設計

PLC設備使用過程中，其本身出現故障的概率會低于外部的輸入和輸出元件，因此，在外部元件出現故障時，也不會導致整個設備出現自動停機的情況。要想提高整個系統的可靠性，要對故障檢測程序的設計工作進行重視，提高軟件的檢測效率，同時，在檢測方法上也要進行改善，可以應用時間故障檢測法和邏輯錯誤檢測法。

4 結束語

在PLC 控制系統中，主要由硬件和軟件部分決定，因此，在對PLC 控制系統進行可靠性提高時，可以針對這兩方面采取必要的措施，對相關的改進方式進行應用，在不斷的實踐過程中對可行性手段進行判斷，能夠對PLC系統的可靠性起到很大的作用。

參考文獻

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