壓力設備中安全PLC系統的設計及應用

翟瑞占 李英杰 李海明

摘 要：在工業生產領域，采取必要的安全措施保證人員、設備及環境的安全是非常有必要的。隨著科學技術的發展，基于安全控制的PLC系統的研制和開發進一步標準化，當前，安全PLC系統已成為安全控制系統首選的設備。下面筆者就對壓力設備中安全PLC系統的設計及應用做出簡要分析。

關鍵詞：壓力設備；安全PLC系統；調試

安全PLC系統作為控制系統的核心設備，已廣泛應用于工業生產領域，提高PLC的安全性對于保證系統各個部件在整體安全生命周期中可靠地工作具有重要作用。

1 系統硬件設計

若壓力設備主電機功率較大，啟動時會產生較大電流，干擾電網，干擾信號通過電網進入PLC系統，會影響系統的安全可靠運行。為降低電網干擾，主電機采用星-三角啟動，同時接入PLC的電源應增加濾波功能。大功率感性負載的通斷會引起火花，干擾PLC正常運行，基于此，采用消火花電路。直流電路可在負載并聯續流二極管，交流電路可在負載并聯阻容或壓敏電阻。若壓力設備離合器電磁閥和潤滑油泵負載較大，可采用中間繼電器對負載進行過渡。

對于安全PLC系統的硬件設備，必須保證系統出現故障時，壓力設備仍能安全可靠地運行，并安全地停止運行。在設計過程中，應注意以下幾方面：①壓力設備的控制系統應增加除了PLC控制電路意外的冗余控制電路，比如可見觸點的安全開關等；②在容易出現機械損壞、可能會產生安全事故的部位外部增加連鎖回路，比如將電動機過載保護的連鎖信號接在接觸器回路上；③對于噸位較大的壓力設備，根據實際情況設計一定數量的緊急停止按鈕；④當前，PLC的人機交流工具是觸摸屏，可在觸摸屏上設置虛擬按鈕，以節省控制面板空間，將壓力設備壓力檢測信號、關鍵部件和元器件的檢測信號作為PLC的輸入信號，這樣以來，壓力設備的滑塊位置、壓力大小等都會在觸摸屏上清晰顯示出來，根據觸摸屏記錄確認壓力設備是否處于正常運行狀態，判斷壓力設備是否存在故障，以及時找出故障點，及時進行故障處理。

在PLC選型上，應系統化和通用化，盡量避免選用新出產品，而是應選用經得起市場考驗的產品。對于高度壓力設備控制系統的設計，應注意PLC能為壓力設備的協調工作設備留有輸入接口或輸出接口。做好外圍元件比如變頻器按鈕、接觸器等的選型，以有效提升安全PLC控制系統的可靠性。另外，做好電氣柜的布線，電氣元件的走線和布局應遵循相互干擾最小、強弱電線分別走線的原則，弱電輸出線、信號輸入線應分開，若無法分開，則應采用屏蔽線使信號輸入線可靠接地，電氣柜內存在很多不同功能的線，應用顏色將這些先區分開來。

2 系統軟件設計

組態軟件即組態式監控軟件指的是用戶通過類似搭積木的方式完成自己所需要的軟件功能，不需要編寫計算機程序，能夠通過計算機信號對自動化設備或設備運行過程進行監視、控制和管理。組態軟件具有方式靈活、功能性強、運行安全可靠、接口開放等特點，能夠適用于壓力設備的控制系統中。

利用具有數據采集和監視控制功能的組態軟件設計。在設備組態窗口選擇適當串口通訊設備，添加主副調節器，對其屬性進行正確設置，然后設置組態軟件中數據變量設備通道的連接，實現PLC與組態軟件的通訊，將PLC的串口驅動程序與組態軟件的需求響應結合起來，使計算機能夠快速響應PLC系統所發出的信號，進而實現對壓力設備運行狀態的監測和控制以及對監控數據的可視化處理。

3 調試與診斷

系統投入使用前，首先要檢查壓力設備是否存在故障，然后連接計算機與PLC接口，打開電源，對安全CPU和安全I/O、壓力設備與PLC系統的通訊情況進行診斷，使用CRC校驗，之后，將系統連接成串級控制系統，根據實際響應情況對編程軟件中的設定值進行修改。若PLC與軟件無法建立通信連接，可能是設置通信串口時未正確設置PLC實際地址；若無法建立通訊連接，檢查PLC系統是否上電，拓展模塊連接是否正常，電源指示燈以及RD數據接收燈顯示是否正常，當電源指示燈或數據接收燈不亮，說明拓展模塊自身存在問題，當兩者都亮，可能通信參數的設置有問題；若通訊連接不可靠，其原因可能是通信距離過遠、現場干擾過大、采樣周期太短，為此，嘗試縮短通訊距離，使用屏蔽線，改變采樣周期。

4 結語

安全PLC系統采用了特殊設計，融合了較為先進的計算機技術、自動化技術、軟件技術、通訊技術、故障診斷技術等，能夠實現兩個重要目標：其一是采用冗余的工作方式，即使元件失效，系統也不會失效，其二是失效總是在可預測范圍內，一旦實現，系統將會自動進入安全模式，系統抗干擾能力強，可靠性高，適用于工業現場，對于提高壓力設備運行的安全性、穩定性和可靠性具有重要作用。相信隨著科學技術的不斷進步，安全PLC系統的軟硬件性能穩定性將會越來越好，壓力設備的運行將會更加安全。

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