PLC控制系統的可靠性研究

王爽 陳靜

摘 要：隨著社會的不斷發展，各個生產領域對智能化水平、自動化水平的要求越來越高，這種形勢下，PLC控制系統被越來越廣泛的應用。實際應用中，PLC控制系統可靠性的保證十分必要。文章主要就PLC控制系統的可靠性設計進行分析，先簡介了影響系統可靠性的原因，之后對PLC系統的軟硬件進行了可靠性設計。

關鍵詞：PLC；控制系統；可靠性分析；設計

引言

PLC系統不會因一項問題，而導致運轉迫停，工作人員可利用系統這一具體特征，及時控制出現的問題，以此保障供電系統順利運轉。也可適當通過加載隔離性較好的設備或裝置，將問題隔離予以解決。而對于比較常見的錯誤引號問題，應實時監管信號，并將信號控制在規范范圍內。

1 PLC控制系統可靠性降低的原因

1.1現場輸入信號出錯

PLC控制現場輸入信號出錯的主要原因是設備故障，例如信號傳輸線、機械開關和機械觸點這三個零部件上容易出現問題。首先是信號傳輸線，在平時的操作中，傳輸信號線會出現經常性的拉扯，長此以往，信號線就有可能無法正常工作，同時在日常的維護中，如果沒有進行定期的維護與更換，可能會出現傳輸線老化或者被老鼠等啃噬，造成傳輸線短路或斷路，導致現場信號無法通過傳輸信號線傳遞給PLC。其次機械開關和機械觸點長時間操作出現磨損和損壞，不及時更換也會影響現場輸入信號的準確性。

1.2造成執行機構出錯的主要原因

首先因為控制變頻器自身出現故障。控制變頻器的工作職能是根據PLC發出的指令進行整個機器設備的頻率調整，如果控制變頻器出現故障，雖然收到了PLC發出的指令，但是自身卻沒辦法將指令發送出去，也就是說變頻器所帶的電動機無法執行工作，就會造成執行機構出錯。控制負載的接觸器如果出現故障，也會造成執行機構不能按要求完成指令中規定的動作。此外，其他的一些零部件也有可能使執行機構出錯，例如電動閥、電磁閥等。

2 PLC控制系統可靠性設計應遵循的原則

首先，實際設計過程中應遵循質量控制原則。所謂質量控制原則，指的是應當使系統中每個設備元件質量均能夠得到較好保證，對于相關設備元件應當正確進行選擇及使用。這在提升整體控制系統可靠性方面屬于關鍵因素。在系統實際設計過程中，若使用的相關設備元件不合理，必然會導致控制系統無法發揮出較好的效果。所以，實際設計過程中，應當正確計算相關設備元件，較好地保證其安全性。要與電氣設備運行環境及條件相結合，選擇一些性能較穩定、安全性較高的高質量設備元件。

其次，實際設計過程中應遵循簡化設計原則。在PLC控制系統實際設計中，應當在符合控制標準的基礎上，盡可能對其進行簡化設計，盡可能減少所使用的相關設備元件數量及品種，并統一所使用的元件，降低控制系統復雜性和故障率，有效節約成本。就系統設計情況而言，所使用設備元件種類及數量越多，其系統故障發生的可能性越高，還會導致高的維修量。

最后，實際設計過程中應當遵循安全性設計原則。在PLC控制系統實際設計中，不但要完善相關常規保護環節，還應保護感性負載輸出端子和獨立運行繼電器，對相關運行部件實行限位保護，在PLC系統有故障發生時進行急停保護。實際設計中，應積極完善相關方案，避免人員傷亡情況出現，減少設備損壞發生率，這在系統安全可靠運行方面屬于基本保障。

3 PLC控制系統硬件可靠性設計

3.1安裝設計

PLC系統要置于密閉環境內，溫度控制在0～55℃范圍內，相對濕度不能超過85%，能夠有效防止在溫濕度變化、灰塵等影響下，導致PLC模板內部觸點發生結露、粘連等現象。同時將不同類型模板分開放置，能夠避免因電磁感應引起信號失真問題。分別對PLC和I/O電源、控制部分、動力部分進行配線，并用有屏蔽層的隔離變壓器隔離PLC電源，具體如圖1所示。

3.2系統接地

系統屏蔽接地過程中，應采取專用接地方法，接地線直徑應小于2mm，接地電阻應小于10Ω。工作地和屏蔽地分開，避免相互干擾，特別是要做好傳輸介質與外部設備的屏蔽接地，和PLC系統使用相同的接地帶，若是受到位置因素的影響，還需要做好接地處理，其電阻也不能超過10Ω，避免工模干擾為系統帶來影響。

3.3輸入/輸出端子保護

在輸入/輸出端子設計速斷型限流保險，與接觸器、電磁閥等感性負載線圈進行連接，同時并聯浪涌抑制器或反向二極管，這樣能夠吸收浪涌電壓。

4 PLC控制系統軟件可靠性設計

4.1輸入/輸出信號可靠性設計

開關型傳感器信號“去抖動”設計。將按鈕作為輸入信號，經常引起抖動，甚至產生瞬間跳動的情況，引起系統誤動。對此，需要進行“去抖動”設計，具體如圖2所示。根據觸電抖動與系統響應速度，將定時時間確定下來，讓觸點在穩定斷開/閉合進行執行。

數字濾波。數字濾波是在多次對模擬信號采樣后，利用軟件算法將最接近真值的數據提取出來的過程。數字濾波算法很多，經常用到的有中值法、比較舍取法和算術平均值法等。

4.2信息保護與恢復

在發生偶發性故障后，PLC內部信息并不會受到影響，在故障條件消失后，可以迅速恢復，確保系統能夠正常運行。在PLC檢測到故障條件后，將當前狀態存入存儲器中，軟件配合封閉存儲器，對存儲器中的操作進行限制，防止將存儲器信息沖掉。如此一來，當檢測到外界環境恢復正常后，能夠調整到故障出現前的狀態，之前的程序工作可以正常進行。

4.3互鎖功能設計

很多時候系統功能表內不會描述互鎖功能，為讓系統更加可靠，編程與硬件設計時需要充分考慮，同時加強配合。對PLC內部邏輯互鎖而言，當外電路出現故障后將不再發揮作用，常見的有電動機正/反轉接觸器互鎖，不能只依靠在梯形圖中設置軟件，這是由于當接觸器主觸點“燒死”造成線圈斷電后，大功率電動機的主電路不會出現斷開的情況。此時PLC輸出繼電器已經斷電，常閉觸點處于閉合狀態，如果有反轉控制指令，反轉接觸器將有電流通過，引起三相電源短路故障。為解決這個問題，在對方線圈控制回路中相互串接兩個接觸器的常閉輔助觸點，從而有效發揮保護功能。

結語

在現代社會實際生產過程中，PLC控制系統的應用越來越廣泛，并發揮著越來越重要的作用。在PLC控制系統實際運用過程中，為充分發揮其作用，應對其進行可靠性設計，從而較好地保證系統運行可靠性。因此，系統設計人員應當清楚影響系統可靠性的因素，準確把握其設計原則，合理設計，保證系統可靠性。

參考文獻：

[1]呂雙全.提高PLC控制系統的可靠性研究[J].工程技術：全文版，2017（1）：00316-00316.

[2]李剛毅.PLC自動控制系統的可靠性問題探究[J].科技風，2017（11）：15-15.

[3]周小芳.研究PLC自動控制系統可靠性的認識[J].科技創新導報，2017（4）：1-1.

[4]遲穎.探究PLC自動化控制系統的功能及應用[J].內燃機與配件，2018（6）.