淺談如何提高PLC控制系統的可靠性

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一、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.工作環境的要求。一般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；PLC應遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設備和大型動力設備等，同時PLC還應該遠離強電磁場和強放射源，以及易產生強靜電的地方。

2.電源的要求。電源是干擾進入PLC的主要途徑。PLC系統的電源有兩類：外部電源和內部電源。

外部電源是用來驅動PLC輸出設備(負載)和提供輸入信號的，又稱用戶電源，同一臺PLC的外部電源可能有多種規格。外部電源的容量與性能由輸出設備和PLC的輸入電路決定。由于PLC的I/O電路都具有濾波、隔離功能，所以外部電源對PLC性能影響不大。因此，對外部電源的要求不高。

內部電源是PLC的工作電源，即PLC內部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內部電源有較高的要求。一般PLC的內部電源都采用開關式穩壓電源或原邊帶低通濾波器的穩壓電源。

在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統供電。還可以在隔離變壓器二次側串接LC濾波電路。同時，在安裝時還應注意以下問題：

(1)隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾。

(2)系統的動力線應足夠粗，以降低大容量設備啟動時引起的線路壓降。

(3)PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤的信號。

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。接地線的直徑應大于4mm，接地電阻一般應小于10歐姆。

(2)PLC的接線包括輸入接線和輸出接線。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。

4.PLC的I/O電路

(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。

(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)，在采取交流輸入方式時，電容、電阻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，一般選擇0.1μF電容和120Ω電阻；負荷容量在10VA以上時，一般選擇0.47μF電容和47Ω電阻較適宜。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1A，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，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浪涌吸收器選擇0.47μF電容和47Ω電阻。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，二極管也要靠近負載，其反向耐壓應是負載電壓的4倍。

二、從PLC的軟件程序來考慮提高控制系統的可靠性

1.運行狀況超時檢測。為了提高PLC控制系統工作的可靠性，可以專門設置一個定時器，作為監控程序部分，對系統的運行狀態進行檢測。若程序運行能正常結束，則該定時器就即被清零，若程序運行發生故障，如出現死循環等，該定時器在設定的時間內就無法清零，此時PLC發出報警信號。在設計應用程序時，使用這種方法來實現對系統各部分運行狀態的監控。如果用PLC來控制某一對象時，編制程序時可定義一個定時器來對這一對象的運行狀態進行監視，該定時器的設定時間即為這一對象工作所需的最大時間，當啟動該對象運行時，同時也啟動該定時器，若該對象的運行程序在程序在規定的時間結束工作，發出一個工作完成信號，使該定時器清零，說明這一對象的運行程序正常，否則屬運行不正常，發出報警信號或停機信號。監控程序的梯形，定時器T1為檢測元件，X001為控制對象動作信號，X002為動作完成信號，M2為報警或停機信號。假設被控對象運行程序完成一次循環需要50s，則定時器K，值可取510(T1為100ms定時器)。當X001=1時，被控對象運行開始，T1開始計時，如在規定的時間內被控對象的運行程序能正常結束，則X002動作，M1復位，定時器T1被清零，等待下一次循環的開始；若在規定時間沒有發出被控對象運行完成的動作信號，則判斷為故障，T1的觸點閉合，接通M2發出報警信號或停機信號。

2.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。例如某機械運動過程中先后有兩個限位開關對應的PLC輸入地址分別為X001，X002，在兩個信號不會同時為NO狀態，如果他們同時為NO狀態，就說明至少有一個限位開關被卡死，應該停機處理。在梯形圖中，這兩個限位開關對應的輸入繼電器的常開觸點X001，X002串聯，來驅動一個表示限位開關故障的輔助繼電器M0，當M0為NO狀態時就發出報警信號或停機信號。

3.降級操作設計。降級操作是指在設計時，增加某些動作的手動操作，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。

三、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。