PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性探討

大連民族學(xué)院 李 明 邵 強(qiáng)

1.引言

當(dāng)今工業(yè)發(fā)展的一個(gè)明顯趨勢是自動(dòng)化程度的提高，其目的是提高生產(chǎn)的效率，精度和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的是可編程邏輯控制器簡稱PLC。PLC可編程控制器由于抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價(jià)格比高，在油田自動(dòng)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。工業(yè)控制機(jī)作為中央控制單元，配有組態(tài)軟件，選用主控實(shí)時(shí)監(jiān)視界面，實(shí)現(xiàn)各控制點(diǎn)的動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)修改、故障診斷、自動(dòng)報(bào)警，還可顯示查詢歷史事件記錄，系統(tǒng)各主要部件累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，各裝置工藝流程圖，各裝置結(jié)構(gòu)圖等。

2.控制系統(tǒng)可靠性降低的主要原因

2.1 造成現(xiàn)場輸入PLC信號(hào)出錯(cuò)的主要原因

2.1.1 機(jī)械設(shè)備本身的問題

由于機(jī)械設(shè)備本身的問題（這里的問題指的是機(jī)械老化、蟲鼠的破壞），致使輸送信號(hào)線產(chǎn)生故障，從而導(dǎo)致現(xiàn)場的信號(hào)無法傳送給PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，得控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致通信系統(tǒng)無法正常工作，不能利用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的屬性特性，不能通過PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換與加載。

2.1.2 機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)

現(xiàn)場信號(hào)不能傳送至PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致控制出錯(cuò)，機(jī)械觸點(diǎn)的抖動(dòng)，雖然現(xiàn)場觸點(diǎn)只是閉合一次，PLC卻以為已經(jīng)閉合多次，硬件雖然加入濾波電路，軟件增加了微分指令，但是因PLC的掃描周期過短，仍然會(huì)在計(jì)數(shù)、移位、累加等指令當(dāng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成控制結(jié)果出錯(cuò)。各種電動(dòng)閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。

2.1.3 現(xiàn)場變送器、機(jī)械開關(guān)自身出故障

若觸點(diǎn)的接觸不良，變送器會(huì)反映現(xiàn)場的非電量偏差較大或者無法正常進(jìn)行工作等，以上故障同樣會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法正常的工作。

2.2 造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因

(1)控制負(fù)載的觸點(diǎn)無法可靠動(dòng)作，即使PLC 發(fā)出了具體動(dòng)作指令，但是執(zhí)行機(jī)構(gòu)未能按照要求動(dòng)作；

控制變頻器的起動(dòng)，因?yàn)樽冾l器本身出現(xiàn)故障，變頻器所帶的電機(jī)未能按照要求工作。

(2)各指定的電動(dòng)閥或電磁閥該開的卻未打開，該關(guān)的未關(guān)到位，因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)未能按照 PLC的具體控制要求動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常的工作，進(jìn)而使系統(tǒng)的可靠性降低。要提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，必須提高輸入信號(hào)的可靠性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，否則PLC應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，用聲、光等報(bào)警信號(hào)提示給操作人員，盡快排除故障，保證系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

(3)在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，PLC的編程問題是非常重要的，對(duì)用戶而言應(yīng)了解PLC產(chǎn)品的軟件功能及其編程器。在通常情況下，小型控制系統(tǒng)的簡易編程器在價(jià)格上一般比較便宜，但如果是系統(tǒng)較大或多臺(tái)PLC共用時(shí)，應(yīng)采用可靠性高、編程方便的圖形編程器。假如有個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以選用能在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的編程軟件包。同時(shí)，為了防止因干擾、鋰電池電壓下降等原因破壞 RAM中的用戶程序，可以采用EEP——ROM模塊作為外部設(shè)備。

3.提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的措施

3.1 建立完善的故障報(bào)警系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過程中，一般設(shè)計(jì)三級(jí)故障的報(bào)警系統(tǒng)。一級(jí)設(shè)置在具體控制現(xiàn)場的各控制柜面板間，通過指示燈來指示設(shè)備是處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，還是故障狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮，當(dāng)該設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)指示燈會(huì)以1Hz的頻率不斷閃爍。二級(jí)故障的顯示設(shè)置是在中心控制室的人機(jī)接口監(jiān)視器上，在設(shè)備存在故障時(shí)，有文字對(duì)故障類型，工藝流程進(jìn)行顯示。 三級(jí)故障的顯示設(shè)置在中心控制室的信號(hào)箱之內(nèi)，若設(shè)備出現(xiàn)了故障，信號(hào)箱將會(huì)通過聲、光等報(bào)警方式來提示工作人員，使其能對(duì)故障及時(shí)進(jìn)行處理。在處理故障時(shí)，又對(duì)故障進(jìn)行了進(jìn)一步分類，有的故障會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行停止，但有的故障卻對(duì)系統(tǒng)工作的影響不大，系統(tǒng)能夠帶著故障運(yùn)行，故障能在運(yùn)行過程中排除，這樣就會(huì)極大地縮短整個(gè)系統(tǒng)的停止運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行水平。

3.2 加強(qiáng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)的可靠性

首先要保證所選擇的變送器與各種開關(guān)的可靠性，避免各種原因造成傳送信號(hào)線的短路、斷路或者接觸不良問題。PLC采用的是梯形圖編程，它在解算邏輯方面表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，它的原理是把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性輸入信號(hào)作為模擬量，通過計(jì)算，將最終結(jié)果傳送給控制器。通常加強(qiáng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性輸入信號(hào)從分析角度著手，分析的具體指標(biāo)在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)信號(hào)數(shù)據(jù)倉庫中體現(xiàn)在數(shù)額、時(shí)長等方面。加強(qiáng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性輸入信號(hào)的主界面顯示的是各種平均水平，具體的分析主題可以通過主界面進(jìn)行一些功能模塊選擇，主要分為流向分析、時(shí)段分析，分析功能模塊?？诹钸M(jìn)行統(tǒng)一管理，做到職能化、合理化、科學(xué)化。

3.3 方案的選擇和控制元件的選用

在選擇方案時(shí)，應(yīng)考慮盡量減少控制元件數(shù)、接點(diǎn)數(shù)和焊點(diǎn)數(shù)，以降低系統(tǒng)的失效率。采用可編程控制器(PC)來代替由繼電器等組成的控制柜可以提高系統(tǒng)的可靠性。在比較可編程序控制器和繼電器控制柜兩種方案時(shí)，除了購置價(jià)格以外，還應(yīng)充分估計(jì)前者在提高可靠性、縮短開發(fā)周期和減小工作量以及節(jié)省維修時(shí)間等有利因素。

正確選用控制元件的品種、規(guī)格是提高元件使用可靠性的關(guān)鍵。為此必須深入確切地了解和分析機(jī)床對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)對(duì)控制元件的要求。并且收集和消化控制元件制造廠提供的技術(shù)材料，如果這些資料不能滿足選用的要求時(shí)，機(jī)床制造廠可按實(shí)際使用的條件對(duì)控制元件進(jìn)行試驗(yàn)以確定是否合用。由于選用不當(dāng)影響可靠性的例子有：忽視輸入或輸出的機(jī)械參數(shù)，例如選電磁鐵時(shí)未考慮所拖負(fù)載的力——行程特性，選限位開關(guān)時(shí)未考慮撞塊速度；選接觸器時(shí)未考慮點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)的工作方式；選繼電器時(shí)未考慮能做到可靠接觸的額定最低工作電壓和額定最小工作電流；選短路保護(hù)電器(包括熔斷器)時(shí)未考慮對(duì)接觸器等觸頭的保護(hù)；選控制變壓器時(shí)未考慮漏阻抗在電磁系統(tǒng)起動(dòng)電流情況下的壓降等。

4.結(jié)語

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性問題與其設(shè)計(jì)方案的探究，在新世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的今天是十分必要的。因此，針對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性研究已經(jīng)成為目前的熱點(diǎn)，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于提高競爭力具有顯著作用。PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大必將使傳統(tǒng)的嵌入式控制器不斷被PLC控制系統(tǒng)（或PLC取代式控制器）所取代，遂發(fā)展成為一個(gè)穩(wěn)定性更高的系統(tǒng)。

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