PLC控制系統(tǒng)可靠性研究

（黑龍江技師學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

引言

由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的裝置，PLC控制系統(tǒng)如果設(shè)計不當(dāng)，由PLC組成的控制系統(tǒng)往往在應(yīng)用中會產(chǎn)生一些可靠性方面的問題。如干擾特別強烈,可能使PLC引起錯誤的輸入信號，因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性,在設(shè)計時采取相應(yīng)有效的抗干擾措施是非常必要的。

1 PLC控制系統(tǒng)可靠性因素分析

PLC可靠性研究思路：描述的通信模型可推出如圖1所示的低壓PLC通信模型。

2 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法

2.1 輸出輸入配線注意的問題

抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響。電阻可以取51-120歐,電容的額定電壓應(yīng)大于電源峰值電壓。電容可以取0.1-0.47uF,續(xù)流二極管可以選1A的管子,其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。要提高現(xiàn)場輸入PLC信號的可靠性,首先要選擇可靠性較高的變送器和各種開關(guān),防止各種原因引起傳送信號線短路、斷路或接觸不良。其次在程序設(shè)計時增加數(shù)字濾波程序,增加輸入信號的可靠性。在現(xiàn)場輸入觸點后加一定時器,定時時間根據(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)所需要的響應(yīng)速度確定,一般在幾十毫秒,這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合后,才有其它響應(yīng)。模擬信號濾波可采用程序設(shè)計方法,對現(xiàn)場模擬信號連續(xù)采用3次,采樣間隔由A/D轉(zhuǎn)換速度和該模擬信號變化速率決定。

3次采樣數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)交換指令、數(shù)據(jù)段比較指令去掉其最大值最小值,保留中間值作為本次采樣結(jié)果存放在數(shù)據(jù)寄存器中,提高讀入PLC現(xiàn)場信號的可靠性還可以利用控制系統(tǒng)自身特點,利用信號之間關(guān)系來判斷信號的可信程度。如進行液位控制,由于儲罐的尺寸為已知,進液和出液的閥門開度和壓力是事先給定,在一定時間內(nèi)罐內(nèi)液體變化高度大約在什么范圍是知道的,如果這時液位計送給PLC的數(shù)據(jù)和估算液位高度相差較大,則可判斷為液位計故障,通過故障報警系統(tǒng)通知操作人員檢查該液位計。又如各儲罐有上下液位極限保護,當(dāng)開關(guān)動作時發(fā)出信號給PLC,這個信號是否真實可靠,在程序設(shè)計時我們將此信號和該罐液位計信號對比,如果液位計讀數(shù)也在極限位置,說明該信號是真實的;如果液位計讀數(shù)不在極限位置,則可判斷為液位極限開關(guān)故障或傳送信號線路故障,同樣通過報警系統(tǒng)通知操作人員處理該故障。由于在程序設(shè)計時,采用了上述方法,大大提高了輸入信號的可靠性。

2.2 用軟硬件互鎖解決誤發(fā)訊及誤動作

在PLC的輸出裝置中,有的執(zhí)行元件如電機的正反轉(zhuǎn)、機械零件的前進和后退等 ，有兩個動作。連鎖分動作優(yōu)先和輸入信號優(yōu)先。動作優(yōu)先指先進入信號優(yōu)先,后進入信號從前輸出信號OFF有效,其梯形圖如圖2所示。

輸入信號優(yōu)先指：先進入信號輸出ON后進入信號也是前輸出為OFF,用新的信號使輸出為ON。其梯形圖如圖3所示。

3 PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

當(dāng)輸入端或輸出端接有感性元件時，對于直流電路，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)二極管如圖（4）所示對于交流電路，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)阻容吸收電路如圖（5）所示。

圖1 低壓PLC通信模型

圖2 動作優(yōu)先梯形圖

圖3 輸入信號優(yōu)先梯形圖

圖4 直流輸入輸出點的保護

圖5 交流輸入輸出點的保護

圖6 電磁閥及交流接觸器驅(qū)動電路

當(dāng)PLC的輸出驅(qū)動的負載為電磁閥或交流接觸器之類的元件時，在輸出端與驅(qū)動元件之間增加固定繼電器，如圖6。

4 電源部分防干擾措施

電源質(zhì)量的好壞直接影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性，PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。考慮到高頻諧波干擾不是通過變壓器繞組的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合,初、次級之間應(yīng)采用三層屏蔽層保護,這樣可明顯提高對共模干擾信號的抑制。在實際控制系統(tǒng)中,接地是抑制干擾、使系統(tǒng)可靠工作的主要方法。在設(shè)計中如能把接地和正確的屏蔽結(jié)合起來就可以解決大部分干擾問題。接地設(shè)計有兩個基本目的:消除各電路流經(jīng)公共地線所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響,使其不形成地環(huán)路,如果接地方式不好就會形成環(huán)路,造成噪聲耦合。理想的接地是一個系統(tǒng)的所有接地點與大地之間阻抗為零,但這是難以做到的。在實際接地中總存在著連接阻抗和分散電容,所以如果接地線不佳或接地點不當(dāng),都會影響接地質(zhì)量。

5 PLC冗余設(shè)計研究方法

由于冗余設(shè)備長期處于空閑狀態(tài),使得控制系統(tǒng)的成本大幅度地增加,因此其應(yīng)用必然受到一定程度的限制。以下介紹一種新的冗余設(shè)計方法:雙重并聯(lián)冗余設(shè)計,內(nèi)部原因包括系統(tǒng)的偶然性故障和長時間使用后的性能老化,以及經(jīng)過可靠性增長試驗仍未能發(fā)現(xiàn)的軟件和硬件缺陷等引起的故障。冗余設(shè)計技術(shù)主要針對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的永久性、瞬間性和間歇性故障進行冗余設(shè)計。冗余技術(shù)即采用備用的硬件或軟件參與系統(tǒng)的運行或處于準(zhǔn)備狀態(tài),一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,能自動切換,保持系統(tǒng)不間斷地正常工作。軟件冗余:采用程序復(fù)執(zhí)的方式,能有效地預(yù)防和處理瞬時故障。所謂復(fù)執(zhí),是指在系統(tǒng)出現(xiàn)瞬時故障時,重復(fù)執(zhí)行故障的那一部分程序,這樣系統(tǒng)不必停機,往往可以自動回復(fù)到原來正確的動作,這實際上是一種時間冗余方式。

[1]袁任光.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實例[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1997.

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[3]趙躍華.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,1998。