PLC控制系統的可靠性設計與研究

邢思遠

摘 要：隨著工業化進程的不斷加快以及信息技術的飛速發展，PLC控制系統已經非常普遍，而優化PLC控制系統的設計已經成為當前社會發展必然趨勢。該文主要分析了對于PLC控制系統可靠性的影響因素，淺析了對于PLC控制系統的可靠性設計的原則，提出了相應的有效方案。

關鍵詞：PLC 控制系統 可靠性 原則

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0057-01

在工程實踐中，PLC一般用來組成生產過程控制系統。PLC的運用使其相對于傳統繼電器-接觸系統來說，其控制的設備系統工作可靠性大大提高。在生產過程中，自動化程度的提高導致對于整個系統的可靠性要求更高。因此，作為系統總體工程設計的組成部分，可靠性設計具體是通過對系統的結構、電路、程序進行設計。本文對PLC控制系統可靠性多方面進行剖析，進而衡量出可靠性的參數和計算公式，并探討研究了對于提高控制系統可靠性的設計方法及相關的其他方面進行了解釋。

1 PLC控制系統可靠性的影響因素

PLC控制系統優點很多，如安全方便、語言簡便化等，然而在實際應用時，卻受到多方因素的擾亂，比如：EMI的干擾、無線電廣播、雷達分布密集等，這些都是PLC開關質量不合理造成的；而信號線引入的干擾是因為PLC控制系統的接地方式錯誤造成的。另外PLC編程也存在著很大的問題，它造成了PLC控制系統難以執行，從而阻礙了系統的正常運行，進而使控制系統的可靠性大大降低。

2 可靠性設計基本原則

2.1 簡化設計原則

在PLC控制系統的設計過程中，應保證在達到控制標準的前提下，進行簡化設計，對元設備元器件的品種和數量進行一定程度的壓縮，統一使用元件，使控制系統的復雜性得到減少，從而降低故障發生頻率，達到節約成本的效果。因為使用設備元器件數量多，會使故障發生率大大增加，進而增加了維修量。

2.2 設備質量控制原則

在選擇與使用設備元件時，應使PLC控制系統每個設備元件質量得到保證，以便使整體控制系統的可靠性得到提高。如果設備元件選用不恰當，則會造成控制系統的失效，因此，在PLC控制系統中，對于所使用的設備元件必須進行準確的核算，保證設備元件的安全性，與電氣設備的運行環境及條件進行結合，使在工作過程中的設備元件質量能夠保證工作的順利進行。

2.3 電磁兼容設計原則

PLC大多數出現在工業現場中，工作環境惡劣，且干擾性極強，造成了PLC控制系統可靠性的降低，特別是強電磁干擾等外部干擾，因此，需要通過其他方式進行解決如：合理安裝布線、隔音處理電源等，從清除或者抑制電磁干擾，保障PLC控制系統的可靠性，以便設備可以在電磁環境中正常工作。

2.4 安全性原則

PLC的保護環節環環緊扣包括：完善的過載保護、接地保護、欠壓與失壓保護等，光靠這些常規保護還不夠，還得需要感性負載時輸出端子的保護以及對于不允許同時得電繼電器的連鎖保護，另一方面還需有設備運動部件的保護，同時還有對于PLC故障發生的急停保護。對于這些保護措施，控制系統必須對應對方案加以完善，從而避免事故發生造成的人員傷亡，減少故障發生率，這便是PLC控制系統作為工業化設計可靠性的最基本保障。

2.5 人機工程設計原則

人機在現代科技發展過程中具有重要的作用，人機即為系統的操作證與系統互相合作共同完成任務。因此，控制系統在人機工作時需要有完善的防誤操作措施，且應為其創造良好的工作環境和條件，充分利用人和設備自身的特質，從而使系統的可靠性、可用性以及使用效能得到質的提高。在對于能夠人機安全的任何部位都應該加以標記說明，以及列出防護措施，并設置安全連鎖措施，對由于設備故障操作失誤的原因等造成的人身安全危害時，應提高準確的信號指示以及及時的采取安全措保障施。

2.6 冗余設計原則

在整個控制系統的某些重要部分中，工作時采用多套完全相同的系統以便隨時切換，這樣大大增加了控制系統的可靠性，在可靠性要求較高的場合可以采取這樣的方法比如汽車裝備線，在生產過程中決不能出現任何差錯否則整個系統都會停產，進而造成巨大損失。

2.7 完善軟件設計原則

PLC控制系統中包括硬件系統和軟件系統兩種。而PLC控制系統故障大多發生于硬件系統中，但是對于軟件系統的完善也尤為重要，同時也是提高控制系統可靠性的重要措施。PLC的程序應當滿足控制的可靠性以及設計程序等功能，其中包括對抗預知干擾程序、故障檢測與診斷程序等的設計。同時對備份保護用戶程序也應加以重視，進而配合硬件系統使得整個控制系統的可靠性得到提高。

3 提高控制系統可靠性的措施

3.1 應用成熟技術

在PLC控制系統設計時使用與PLC類似的系統設計方法進行設計，在探索和實踐過程中摸索出成熟的PLC控制系統操作可行性的體系，同時要求設計人員成熟的掌握并熟練的使用。總的來說，在設計PLC控制系統時，成熟技術占有的比重達到75%以上。因為控制系統投入運營后，基本無法進行繁瑣的改進，在PLC控制系統設計時如果存在問題則此問題可能不會被發現從而造成安全隱患，從而造成非常嚴重的后果。

3.2 采用高質量元器件

在PLC控制系統工作時，輸入信號元件以及輸出執行元件是主要的影響因素，因此為了保證控制系統可靠性的高要求，必須選擇高質量的元器件。而元器件的可靠性分為固有和使用兩種，其中固有可靠性是由元器件的設計以及制造過程確保的；而使用可靠性則是由設計者選擇的正確性以及使用的正確性來保證的。

3.3 采取有效地抗干擾措施

在工業控制現場，由于之前提到的電磁干擾問題，必須合理安裝布線、隔音處理電源等，從清除或者抑制電磁干擾，保障PLC控制系統的可靠性，以便設備可以在電磁環境中正常工作。同時采用遠離技術，將弱信號線與強信號線進行疏離開來，進而減小電磁對于控制系統的干擾。

4 結語

通過對PLC控制系統的可靠性影響因素的具體分析，提出了在設計過程中應該遵循簡化設計、電磁兼容、人機工程設計冗余設計等基本原則，進而列舉了一系列在控制系統中應該采取的如應用成熟技術、采用高質量元器件等可靠性措施，從而使PLC控制系統得到優化使得PLC控制系統的可靠性得到提高。

參考文獻

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