提高PLC控制系統的可靠性研究

韋鳳余

摘要：可編程序控制器是在程序控制器和微機控制的基礎上發展起來的微機技術跟繼電器常規控制概念相結合的產物，并已成為自動化控制系統的基本裝置。用PLC來控制系統設備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就三菱的F系列，據稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個PLC控制系統的可靠性，主要取決于PLC的外圍設備，比如輸入器件中的行程開關、輸出器件中的接觸、繼電器和電磁閥等。

下面就如何提高PLC控制系統的可靠性進行一些探討。簡述了影響可編程序控制器控制系統可靠性的主要因素，并就可編程序控制器的工作環境、電源的要求、接地和連接線的方式、降級操作設計、控制系統的輸入電路和輸出電路與可編程序控制的軟件程序編制等多個方面，提出了一些可行的方法和措施。

關鍵詞：可編程序控制器;外圍設備;軟件程序;可靠性。

用PLC來控制系統設備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就PLC本身而言，平均無故障時間一般已可達3萬～5萬小時：而三菱的F系統，據稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個PLC控制系統的可靠性，主要取決于PLC的外圍設備，比如輸入器件中的行程開關、按鈕、接近開關，輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。

1.從PLC外圍設備來考慮提高PLC的可靠性

PLC是專為工業生產環境而設計的控制設備，當工作環境較為惡劣，如電磁干擾較強，濕度高、電源、輸入和輸出電路等易受到干擾時，會使控制系統的可靠性受到影響。

1.1 工作環境的要求

PLC工作的環境溫度應在0⁰C-55⁰C的范圍，并要避免太陽光直接照射;安裝時要遠離的熱源，保證足夠大的散熱空間和通風條件;空氣的相對濕度應小于85%，不結露，以保證PLC的絕緣良好。PLC應避免安裝在有振動的場所;對振動源允許的條件則應按照產品說明書的要求，安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施。空氣中有粉塵和有害氣體時，應將PLC封閉安裝.。

1.2 電源的要求

不同的PLC產品，對電源的要求也不同，這里包括電源的電壓等級、頻率、交流紋波系數和輸入輸出的供電方式等。

對電磁干擾較強、而對PLC可靠性要求以較高的場合，PLC的供電應與動力供電和控制電路供電分開，必要時，可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯LC濾波電路等。在設計時，外接的直流電源應采用穩壓電源，供電功率應留有20%-30%的余量。對由控制本身提供的真流電源，應了解它所能提供的最大電流，防止過電流造成設備的損壞。

1.3 接地和接線

（1）PLC的良好接地是正常運行的前提，在設計時，PLC的接地應與動力設備的接地分開，采用專用接地;如不能分開接地時，應采用共用接地;絕對禁止采用共通接地方法.如圖1所示，接地點應盡可能靠近PLC，接地線的徑應大于4mm，接地電阻一般應小于10歐姆

（2）PLC的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長，一般不大于30m;在線路距離較長時，可采用中間繼電器進行信號的轉換。輸入接線的COM端與輸出接線的COM端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應分開設置。必要時，可在現場分別設置接線箱。集成電路或晶體管設備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應為一點接地，接地點宜在控制器側。

1.5? PLC的I/O電路

圖2? 起，停控制線路??? 圖3?? 起，停控制線路

（1）由于PLC是通過輸入電路接受開關量|、模擬量等輸入信號的，因此輸入電路的元器件質量的好壞和連接方式直接影響著控制系統的可靠性，比如：按鈕、行程開關等輸入開關量的觸點接觸是否良好、接線是否牢固等。設備上的機械限位開關是比較容易產生故障的元件，在設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外，按鈕的常開和常閉觸點的選擇也會影響到系統的可靠性。現以一個簡單的起動、停止控制線路為例，圖2和圖3所示的是兩個控制線路和它們對應梯形圖，這兩個控制線路的控制功能完全一樣，按下起動按鈕，輸出動作;按下停止按鈕，輸出斷開;但它們的可靠性不一樣，假設輸出斷開為安全狀態，那么圖形3的可靠性要比圖2的高，這是因為SBI、SB2都有發生故障的可能，而最常見的現象是輸入電路開路。當采用圖3電路時，不論SBI、SB2開關本身開路還是接線開路，輸出都安全狀態，保證了系統的安全和可靠。

（2）在輸入端有感性負荷時，為了防止反沖感應電勢損壞模塊，在負荷兩端并接電容C和電阻R（交流輸入信號），或并接續流二極管D（直流輸入信號）.如圖表4所示，在采取交流輸入方式時，CR的選擇要適當才能起到較好的效果。通過試驗裝置的測試，當負荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120歐姆;負荷容量在10VA以上時，一般選0.47微乏+47歐姆較適宜.要采取直流輸入方式時，經試驗得知，二極管的額定電流應選為IA，額定電壓要大于電源電壓的3倍^。

（3）在輸出端有感性負載時，通過試驗得知，若是交流負載場合，應在負載的兩端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、電壓而功率為400VA左右時，CR浪涌吸收器為0.47UF+47歐姆，如圖5所示.CR愈靠近負載，其抗干效果愈好;若是直流負載場合，則在負載的兩端并接續流二極管D，如圖6所示.二極管也要靠近負載，其反向耐壓應是負載電壓的4倍.

2：從PLC的軟件程序來慮提高控制系統的可靠性

2.1邏輯錯誤檢測

在系統正常運行時，可編程序控制器的輸入、輸出信號和內部信號（如輔助繼電器的狀態）相互之間存在著確定的關系，如出現異常的邏輯信號，則說明出現了故障。因此，可以編寫一些常見故障的異常邏輯關系，一旦異常邏輯關系為NO狀態，就應該按故障處理。

2.2.降級操作設計

降級操作是指在設計時，將手動操作包括在內的設計，例如，緊急停車的設計，關鍵設備的開停和再啟動功能的設計等。這樣，一旦發生故障，可采用降級的操作，即對部分或全部設備進行手動的開停操作，以避免設備的損壞或對 人員的傷害。此外，在設計中也可考慮從全自動到半自動、直至手動的操作等。

3結束語

PLC控制系統的工作可靠性與多種因素有關，有此客觀因素也影響著控制系統的穩定性.通過采取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

參考文獻：

[1] 廖常初.可編程控制器基礎及應用.北京：機械工業出版社，2003.

[2] 三菱公司.FX2系列可編程序控制器使用手冊.2001.

（作者單位：江蘇省鹽城市機關事務管理局）