PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與研究

邢思遠(yuǎn)

摘 要：隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快以及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)非常普遍，而優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展必然趨勢(shì)。該文主要分析了對(duì)于PLC控制系統(tǒng)可靠性的影響因素，淺析了對(duì)于PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)的原則，提出了相應(yīng)的有效方案。

關(guān)鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 可靠性 原則

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0057-01

在工程實(shí)踐中，PLC一般用來(lái)組成生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)。PLC的運(yùn)用使其相對(duì)于傳統(tǒng)繼電器-接觸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制的設(shè)備系統(tǒng)工作可靠性大大提高。在生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化程度的提高導(dǎo)致對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性要求更高。因此，作為系統(tǒng)總體工程設(shè)計(jì)的組成部分，可靠性設(shè)計(jì)具體是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電路、程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文對(duì)PLC控制系統(tǒng)可靠性多方面進(jìn)行剖析，進(jìn)而衡量出可靠性的參數(shù)和計(jì)算公式，并探討研究了對(duì)于提高控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)方法及相關(guān)的其他方面進(jìn)行了解釋。

1 PLC控制系統(tǒng)可靠性的影響因素

PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)很多，如安全方便、語(yǔ)言簡(jiǎn)便化等，然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，卻受到多方因素的擾亂，比如：EMI的干擾、無(wú)線電廣播、雷達(dá)分布密集等，這些都是PLC開(kāi)關(guān)質(zhì)量不合理造成的；而信號(hào)線引入的干擾是因?yàn)镻LC控制系統(tǒng)的接地方式錯(cuò)誤造成的。另外PLC編程也存在著很大的問(wèn)題，它造成了PLC控制系統(tǒng)難以執(zhí)行，從而阻礙了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而使控制系統(tǒng)的可靠性大大降低。

2 可靠性設(shè)計(jì)基本原則

2.1 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則

在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)保證在達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)的前提下，進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，對(duì)元設(shè)備元器件的品種和數(shù)量進(jìn)行一定程度的壓縮，統(tǒng)一使用元件，使控制系統(tǒng)的復(fù)雜性得到減少，從而降低故障發(fā)生頻率，達(dá)到節(jié)約成本的效果。因?yàn)槭褂迷O(shè)備元器件數(shù)量多，會(huì)使故障發(fā)生率大大增加，進(jìn)而增加了維修量。

2.2 設(shè)備質(zhì)量控制原則

在選擇與使用設(shè)備元件時(shí)，應(yīng)使PLC控制系統(tǒng)每個(gè)設(shè)備元件質(zhì)量得到保證，以便使整體控制系統(tǒng)的可靠性得到提高。如果設(shè)備元件選用不恰當(dāng)，則會(huì)造成控制系統(tǒng)的失效，因此，在PLC控制系統(tǒng)中，對(duì)于所使用的設(shè)備元件必須進(jìn)行準(zhǔn)確的核算，保證設(shè)備元件的安全性，與電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及條件進(jìn)行結(jié)合，使在工作過(guò)程中的設(shè)備元件質(zhì)量能夠保證工作的順利進(jìn)行。

2.3 電磁兼容設(shè)計(jì)原則

PLC大多數(shù)出現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，工作環(huán)境惡劣，且干擾性極強(qiáng)，造成了PLC控制系統(tǒng)可靠性的降低，特別是強(qiáng)電磁干擾等外部干擾，因此，需要通過(guò)其他方式進(jìn)行解決如：合理安裝布線、隔音處理電源等，從清除或者抑制電磁干擾，保障PLC控制系統(tǒng)的可靠性，以便設(shè)備可以在電磁環(huán)境中正常工作。

2.4 安全性原則

PLC的保護(hù)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)緊扣包括：完善的過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓與失壓保護(hù)等，光靠這些常規(guī)保護(hù)還不夠，還得需要感性負(fù)載時(shí)輸出端子的保護(hù)以及對(duì)于不允許同時(shí)得電繼電器的連鎖保護(hù)，另一方面還需有設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件的保護(hù)，同時(shí)還有對(duì)于PLC故障發(fā)生的急停保護(hù)。對(duì)于這些保護(hù)措施，控制系統(tǒng)必須對(duì)應(yīng)對(duì)方案加以完善，從而避免事故發(fā)生造成的人員傷亡，減少故障發(fā)生率，這便是PLC控制系統(tǒng)作為工業(yè)化設(shè)計(jì)可靠性的最基本保障。

2.5 人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則

人機(jī)在現(xiàn)代科技發(fā)展過(guò)程中具有重要的作用，人機(jī)即為系統(tǒng)的操作證與系統(tǒng)互相合作共同完成任務(wù)。因此，控制系統(tǒng)在人機(jī)工作時(shí)需要有完善的防誤操作措施，且應(yīng)為其創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和條件，充分利用人和設(shè)備自身的特質(zhì)，從而使系統(tǒng)的可靠性、可用性以及使用效能得到質(zhì)的提高。在對(duì)于能夠人機(jī)安全的任何部位都應(yīng)該加以標(biāo)記說(shuō)明，以及列出防護(hù)措施，并設(shè)置安全連鎖措施，對(duì)由于設(shè)備故障操作失誤的原因等造成的人身安全危害時(shí)，應(yīng)提高準(zhǔn)確的信號(hào)指示以及及時(shí)的采取安全措保障施。

2.6 冗余設(shè)計(jì)原則

在整個(gè)控制系統(tǒng)的某些重要部分中，工作時(shí)采用多套完全相同的系統(tǒng)以便隨時(shí)切換，這樣大大增加了控制系統(tǒng)的可靠性，在可靠性要求較高的場(chǎng)合可以采取這樣的方法比如汽車裝備線，在生產(chǎn)過(guò)程中決不能出現(xiàn)任何差錯(cuò)否則整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)停產(chǎn)，進(jìn)而造成巨大損失。

2.7 完善軟件設(shè)計(jì)原則

PLC控制系統(tǒng)中包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩種。而PLC控制系統(tǒng)故障大多發(fā)生于硬件系統(tǒng)中，但是對(duì)于軟件系統(tǒng)的完善也尤為重要，同時(shí)也是提高控制系統(tǒng)可靠性的重要措施。PLC的程序應(yīng)當(dāng)滿足控制的可靠性以及設(shè)計(jì)程序等功能，其中包括對(duì)抗預(yù)知干擾程序、故障檢測(cè)與診斷程序等的設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)備份保護(hù)用戶程序也應(yīng)加以重視，進(jìn)而配合硬件系統(tǒng)使得整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到提高。

3 提高控制系統(tǒng)可靠性的措施

3.1 應(yīng)用成熟技術(shù)

在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用與PLC類似的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在探索和實(shí)踐過(guò)程中摸索出成熟的PLC控制系統(tǒng)操作可行性的體系，同時(shí)要求設(shè)計(jì)人員成熟的掌握并熟練的使用。總的來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，成熟技術(shù)占有的比重達(dá)到75%以上。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)后，基本無(wú)法進(jìn)行繁瑣的改進(jìn)，在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)如果存在問(wèn)題則此問(wèn)題可能不會(huì)被發(fā)現(xiàn)從而造成安全隱患，從而造成非常嚴(yán)重的后果。

3.2 采用高質(zhì)量元器件

在PLC控制系統(tǒng)工作時(shí)，輸入信號(hào)元件以及輸出執(zhí)行元件是主要的影響因素，因此為了保證控制系統(tǒng)可靠性的高要求，必須選擇高質(zhì)量的元器件。而元器件的可靠性分為固有和使用兩種，其中固有可靠性是由元器件的設(shè)計(jì)以及制造過(guò)程確保的；而使用可靠性則是由設(shè)計(jì)者選擇的正確性以及使用的正確性來(lái)保證的。

3.3 采取有效地抗干擾措施

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，由于之前提到的電磁干擾問(wèn)題，必須合理安裝布線、隔音處理電源等，從清除或者抑制電磁干擾，保障PLC控制系統(tǒng)的可靠性，以便設(shè)備可以在電磁環(huán)境中正常工作。同時(shí)采用遠(yuǎn)離技術(shù)，將弱信號(hào)線與強(qiáng)信號(hào)線進(jìn)行疏離開(kāi)來(lái)，進(jìn)而減小電磁對(duì)于控制系統(tǒng)的干擾。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的可靠性影響因素的具體分析，提出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該遵循簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、電磁兼容、人機(jī)工程設(shè)計(jì)冗余設(shè)計(jì)等基本原則，進(jìn)而列舉了一系列在控制系統(tǒng)中應(yīng)該采取的如應(yīng)用成熟技術(shù)、采用高質(zhì)量元器件等可靠性措施，從而使PLC控制系統(tǒng)得到優(yōu)化使得PLC控制系統(tǒng)的可靠性得到提高。

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