對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性認(rèn)識(shí)

畢玉華

珠海藤倉(cāng)電裝有限公司，廣東 珠海 519000

0 引言

可編程控制器因其可靠性較高、抗干擾力較強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單以及性能價(jià)格高，致使該控制器在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。可編程控制器最典型的代表PLC控制器，就是經(jīng)過(guò)組織、統(tǒng)籌規(guī)劃，經(jīng)過(guò)相應(yīng)數(shù)字輸出與輸入操作，控制了各種機(jī)械或者其產(chǎn)生過(guò)程，這種系統(tǒng)成為了新型管理信息系統(tǒng)，不但擴(kuò)展了管理功能還加強(qiáng)了供應(yīng)鏈管理。由此可見(jiàn)PLC系統(tǒng)是否具備可靠性，關(guān)系著PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。在這種形勢(shì)下，研究PLC控制系統(tǒng)可靠性具有實(shí)際意義。

1 降低PLC控制系統(tǒng)可靠性根本原因

從各種實(shí)踐中可以看出來(lái)，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)自身還是具備較高的可靠性。但是這種控制系統(tǒng)不僅僅是依靠硬件工作，還必須要PLC所發(fā)出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制才能執(zhí)行，如果發(fā)出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)有誤，必然會(huì)影響模擬信號(hào)，產(chǎn)生一定的偏差。這些偏差勢(shì)必導(dǎo)致控制系統(tǒng)偏離要求實(shí)施控制，導(dǎo)致整個(gè)控制出現(xiàn)誤差，給運(yùn)行帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。總體而言，導(dǎo)致PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性降低原因有如下幾個(gè)方面。

1.1 PLC控制系統(tǒng)接收到的信號(hào)有錯(cuò)

1）因?yàn)榉N種原因?qū)е聜鬏斝盘?hào)的線路出現(xiàn)故障，有可能是斷路也又可能是短路；出現(xiàn)這種問(wèn)題大都是線路日久出現(xiàn)了老化，還有可能是機(jī)械性的拉扯到時(shí)線路損壞，同時(shí)也還有可能其他原因比如鼠害，老鼠經(jīng)常咬噬線路到時(shí)線路出現(xiàn)斷路或短路。一旦線路出現(xiàn)了各種故障，必然無(wú)法將現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)傳動(dòng)到PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，必然出現(xiàn)控制錯(cuò)誤；2）出現(xiàn)點(diǎn)抖動(dòng)現(xiàn)象，在閉合之時(shí)因多方原因而發(fā)生點(diǎn)抖動(dòng)；這樣勢(shì)必讓PLC控制系統(tǒng)誤認(rèn)為觸點(diǎn)閉合多次了，PLC控制系統(tǒng)自然就會(huì)動(dòng)作幾次，即使將濾波掃描電路加裝到硬件上，同時(shí)將微分指令加設(shè)在軟件上，但是因PLC系統(tǒng)掃描周期極短，一旦累加及計(jì)數(shù)、移位等各種指令出現(xiàn)錯(cuò)誤，都會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤；3）硬件自身有故障，比如觸點(diǎn)的接觸不良，變送器展示出來(lái)的非電量差值大或者不能工作等等，這些故障現(xiàn)象會(huì)影響到PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)作，影響到其可靠性。

1.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障降低PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性

1）控制系統(tǒng)上的負(fù)載接觸點(diǎn)不能夠可靠動(dòng)作，即使PLC根據(jù)需求發(fā)出動(dòng)作指令，可是執(zhí)行結(jié)構(gòu)缺乏可靠性，并不會(huì)按照這個(gè)要求去執(zhí)行操作；2）變頻器出現(xiàn)故障；一旦變頻器自身出現(xiàn)了故障，即使控制變頻器接到指令出現(xiàn)動(dòng)作，變頻器上的電動(dòng)機(jī)也不會(huì)按照要求進(jìn)行運(yùn)作；3）電磁閥、電動(dòng)閥等操作有誤；對(duì)于一些閥門本應(yīng)該打開(kāi)的卻沒(méi)打開(kāi)，應(yīng)該關(guān)掉雖然執(zhí)行了卻并沒(méi)關(guān)到位，都導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致操作不能夠正常實(shí)施，降低了控制的可靠性。所以要提升控制系統(tǒng)可靠性，只有加強(qiáng)輸入信號(hào)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性才行，這樣PLC自行控制系統(tǒng)就能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，通過(guò)各種報(bào)警辦法給相關(guān)人員示警，依據(jù)示警排查故障，提升控制系統(tǒng)的安全、正確以及可靠性。

2 提升PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性策略

從上面可以看出來(lái)，PLC控制系統(tǒng)因?yàn)槎喾N原因影響到其可靠性，同樣也會(huì)影響到執(zhí)行的最終結(jié)果。因此必須要依據(jù)影響控制系統(tǒng)可靠性的癥結(jié)，有針對(duì)性的做出改進(jìn)措施。

2.1 設(shè)計(jì)出較完善故障報(bào)警體系

在設(shè)計(jì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)之時(shí)，大都是按照三級(jí)報(bào)警體系來(lái)實(shí)施。

1）設(shè)置一級(jí)；這就需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種控制柜面板進(jìn)行控制，普遍做法就是采用指示燈，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)了故障指示燈就會(huì)顯示出來(lái)，比如設(shè)備正常運(yùn)行指示燈亮，設(shè)備出現(xiàn)故障無(wú)法正常運(yùn)行，指示燈且依據(jù)一定的頻率進(jìn)行閃爍。設(shè)計(jì)之時(shí)為了提防指示燈出故障而無(wú)法體現(xiàn)出設(shè)備運(yùn)行情況，大都是設(shè)置故障復(fù)位燈進(jìn)行測(cè)試，無(wú)論系數(shù)處于何種狀態(tài)將測(cè)試按鈕按下3S以上，就能夠?qū)⑺械闹甘緹酎c(diǎn)亮，一旦指示燈不能完全點(diǎn)亮且要馬上更換，指導(dǎo)按下按鈕之后全部亮為止，才能夠再次使用2）設(shè)置二級(jí)故障顯示；這一級(jí)主要是在中心控制室中的人機(jī)接口，要在監(jiān)視器上連接出顯示設(shè)置，一旦PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通過(guò)一定文字顯示故障，而那個(gè)地方的設(shè)備出故障且對(duì)應(yīng)燈就閃爍，相關(guān)人員要依據(jù)這些故障做好記錄3）設(shè)置三級(jí)故障；這一級(jí)主要位于中心控制室的信號(hào)箱中，一旦設(shè)備發(fā)生了故障現(xiàn)象之時(shí)，信號(hào)箱就會(huì)通過(guò)聲光進(jìn)行報(bào)警提升操作人員注意，且及時(shí)檢查故障并進(jìn)行相應(yīng)處理。對(duì)于故障的處理上要進(jìn)行分類，因?yàn)檫@些故障是不盡相同的，一些較為嚴(yán)重故障必然會(huì)影響控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，但是有一些較小故障且影響不大，在處理上就沒(méi)有必要停止系統(tǒng)而專門處理，可以邊運(yùn)行邊處理，有效的提升了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 增強(qiáng)輸入信號(hào)的可靠性

要有效提升PLC信號(hào)可靠性，首要考慮變送器自身應(yīng)該具有可靠性，也只有確保了硬件自身可靠性，才可用有效預(yù)防各種傳送信號(hào)造成線路的短路、斷路以及接觸不良等現(xiàn)象。而且還要加強(qiáng)設(shè)計(jì)程序，通過(guò)程序來(lái)提升數(shù)字濾波程序，這樣才能夠有效增加輸入信號(hào)的可靠性。

最好是在現(xiàn)場(chǎng)輸入觸點(diǎn)后面設(shè)計(jì)出定時(shí)器，其時(shí)間要依據(jù)抖動(dòng)實(shí)況和系統(tǒng)要求速度做出確定，普遍大都用幾十ms，這樣能夠保證觸點(diǎn)穩(wěn)定的閉合后再處理其他信號(hào)。通過(guò)上面三級(jí)設(shè)置，能夠?qū)δM信號(hào)連續(xù)采樣三次，也就進(jìn)行了三次濾波，而所使用的間隔時(shí)間大都是由A/D轉(zhuǎn)換的速度、及變化的速率一起來(lái)確定，只有將這三次運(yùn)行得出的數(shù)據(jù)放進(jìn)專門寄存數(shù)據(jù)的寄存器DTI2、DTII、DTIO中，等待三次執(zhí)行完畢之后使用數(shù)據(jù)交換指令、比較以及數(shù)據(jù)段之間比較再次進(jìn)行比較，去掉最大最小值，僅僅保留下中間采用結(jié)果，再將這結(jié)果放置到數(shù)據(jù)寄存器里（DTIO）。

同時(shí)合理使用控制系統(tǒng)的自身特點(diǎn)、使用信號(hào)間關(guān)系判斷信號(hào)可信的程度也能夠提升PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性。比如控制液位，因?yàn)橐呀?jīng)知道儲(chǔ)罐尺寸，也知道了出液或者進(jìn)液的閥門壓力與開(kāi)度，就能夠確定出一定時(shí)間中罐內(nèi)的液體高度變化，這個(gè)時(shí)候采用液位計(jì)來(lái)測(cè)量PLC數(shù)據(jù)與估算液位的高度差，就能夠準(zhǔn)確的判斷出液位計(jì)的故障，之后經(jīng)過(guò)故障報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)通知操作人員檢查液位計(jì)。同時(shí)還應(yīng)該為各個(gè)儲(chǔ)罐設(shè)置上下液位的極限保護(hù)，一旦開(kāi)關(guān)動(dòng)作必然會(huì)給PLC發(fā)送信號(hào)，就需要將這信號(hào)與官位計(jì)的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，判斷出該信號(hào)是不是真實(shí)可靠。如若液位計(jì)的讀數(shù)在極限位置上，表明該信號(hào)是真實(shí)可靠的；如若液位計(jì)讀數(shù)不在極限位置上，就能夠判斷出液位極限可能有開(kāi)關(guān)故障，也有可能是傳送信號(hào)的線路故障。報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)通知操作人員及時(shí)處理故障。這些程序設(shè)計(jì)都能夠有效提升輸入信號(hào)可靠性。

2.3 加強(qiáng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性

當(dāng)信號(hào)準(zhǔn)確送入到PLC之后，控制系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)使用設(shè)備進(jìn)行調(diào)控與控制。這樣，就能夠讓控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，才能夠保證該機(jī)構(gòu)依據(jù)要求運(yùn)行。工作之時(shí)，只需要根據(jù)閥門關(guān)閉與開(kāi)啟時(shí)間上的區(qū)別，就能夠設(shè)置出延時(shí)時(shí)間，再通過(guò)相應(yīng)檢測(cè)信號(hào)，就能夠及時(shí)準(zhǔn)確返回入PLC中，且說(shuō)明有可能出現(xiàn)故障，就會(huì)報(bào)警給操作人員進(jìn)行處理。

[1]張海玲.PLC在火電輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].中國(guó)海洋大學(xué)，2009.

[2]馬勇.西門子PLC冗余系統(tǒng)在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2008.

[3]郭元媛.基于PLC的輸煤程控教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)（北京），2009.