提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究

韋鳳余

摘要：可編程序控制器是在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的微機(jī)技術(shù)跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。用PLC來(lái)控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就三菱的F系列，據(jù)稱其平均無(wú)故障時(shí)間已達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。所以，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC的外圍設(shè)備，比如輸入器件中的行程開(kāi)關(guān)、輸出器件中的接觸、繼電器和電磁閥等。

下面就如何提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。簡(jiǎn)述了影響可編程序控制器控制系統(tǒng)可靠性的主要因素，并就可編程序控制器的工作環(huán)境、電源的要求、接地和連接線的方式、降級(jí)操作設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的輸入電路和輸出電路與可編程序控制的軟件程序編制等多個(gè)方面，提出了一些可行的方法和措施。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器;外圍設(shè)備;軟件程序;可靠性。

用PLC來(lái)控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就PLC本身而言，平均無(wú)故障時(shí)間一般已可達(dá)3萬(wàn)～5萬(wàn)小時(shí)：而三菱的F系統(tǒng)，據(jù)稱其平均無(wú)故障時(shí)間已達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。所以，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC的外圍設(shè)備，比如輸入器件中的行程開(kāi)關(guān)、按鈕、接近開(kāi)關(guān)，輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。

1.從PLC外圍設(shè)備來(lái)考慮提高PLC的可靠性

PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，當(dāng)工作環(huán)境較為惡劣，如電磁干擾較強(qiáng)，濕度高、電源、輸入和輸出電路等易受到干擾時(shí)，會(huì)使控制系統(tǒng)的可靠性受到影響。

1.1 工作環(huán)境的要求

PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在0⁰C-55⁰C的范圍，并要避免太陽(yáng)光直接照射;安裝時(shí)要遠(yuǎn)離的熱源，保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件;空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%，不結(jié)露，以保證PLC的絕緣良好。PLC應(yīng)避免安裝在有振動(dòng)的場(chǎng)所;對(duì)振動(dòng)源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說(shuō)明書的要求，安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施。空氣中有粉塵和有害氣體時(shí)，應(yīng)將PLC封閉安裝.。

1.2 電源的要求

不同的PLC產(chǎn)品，對(duì)電源的要求也不同，這里包括電源的電壓等級(jí)、頻率、交流紋波系數(shù)和輸入輸出的供電方式等。

對(duì)電磁干擾較強(qiáng)、而對(duì)PLC可靠性要求以較高的場(chǎng)合，PLC的供電應(yīng)與動(dòng)力供電和控制電路供電分開(kāi)，必要時(shí)，可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯(lián)LC濾波電路等。在設(shè)計(jì)時(shí)，外接的直流電源應(yīng)采用穩(wěn)壓電源，供電功率應(yīng)留有20%-30%的余量。對(duì)由控制本身提供的真流電源，應(yīng)了解它所能提供的最大電流，防止過(guò)電流造成設(shè)備的損壞。

1.3 接地和接線

（1）PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提，在設(shè)計(jì)時(shí)，PLC的接地應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地分開(kāi)，采用專用接地;如不能分開(kāi)接地時(shí)，應(yīng)采用共用接地;絕對(duì)禁止采用共通接地方法.如圖1所示，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC，接地線的徑應(yīng)大于4mm，接地電阻一般應(yīng)小于10歐姆

（2）PLC的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不大于30m;在線路距離較長(zhǎng)時(shí)，可采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸入接線的COM端與輸出接線的COM端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開(kāi)設(shè)置。必要時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)分別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應(yīng)為一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)宜在控制器側(cè)。

1.5? PLC的I/O電路

圖2? 起，停控制線路??? 圖3?? 起，停控制線路

（1）由于PLC是通過(guò)輸入電路接受開(kāi)關(guān)量|、模擬量等輸入信號(hào)的，因此輸入電路的元器件質(zhì)量的好壞和連接方式直接影響著控制系統(tǒng)的可靠性，比如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)等輸入開(kāi)關(guān)量的觸點(diǎn)接觸是否良好、接線是否牢固等。設(shè)備上的機(jī)械限位開(kāi)關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)。此外，按鈕的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)的選擇也會(huì)影響到系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)以一個(gè)簡(jiǎn)單的起動(dòng)、停止控制線路為例，圖2和圖3所示的是兩個(gè)控制線路和它們對(duì)應(yīng)梯形圖，這兩個(gè)控制線路的控制功能完全一樣，按下起動(dòng)按鈕，輸出動(dòng)作;按下停止按鈕，輸出斷開(kāi);但它們的可靠性不一樣，假設(shè)輸出斷開(kāi)為安全狀態(tài)，那么圖形3的可靠性要比圖2的高，這是因?yàn)镾BI、SB2都有發(fā)生故障的可能，而最常見(jiàn)的現(xiàn)象是輸入電路開(kāi)路。當(dāng)采用圖3電路時(shí)，不論SBI、SB2開(kāi)關(guān)本身開(kāi)路還是接線開(kāi)路，輸出都安全狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全和可靠。

（2）在輸入端有感性負(fù)荷時(shí)，為了防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊，在負(fù)荷兩端并接電容C和電阻R（交流輸入信號(hào)），或并接續(xù)流二極管D（直流輸入信號(hào)）.如圖表4所示，在采取交流輸入方式時(shí)，CR的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。通過(guò)試驗(yàn)裝置的測(cè)試，當(dāng)負(fù)荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120歐姆;負(fù)荷容量在10VA以上時(shí)，一般選0.47微乏+47歐姆較適宜.要采取直流輸入方式時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)得知，二極管的額定電流應(yīng)選為IA，額定電壓要大于電源電壓的3倍^。

（3）在輸出端有感性負(fù)載時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)得知，若是交流負(fù)載場(chǎng)合，應(yīng)在負(fù)載的兩端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、電壓而功率為400VA左右時(shí)，CR浪涌吸收器為0.47UF+47歐姆，如圖5所示.CR愈靠近負(fù)載，其抗干效果愈好;若是直流負(fù)載場(chǎng)合，則在負(fù)載的兩端并接續(xù)流二極管D，如圖6所示.二極管也要靠近負(fù)載，其反向耐壓應(yīng)是負(fù)載電壓的4倍.

2：從PLC的軟件程序來(lái)慮提高控制系統(tǒng)的可靠性

2.1邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可編程序控制器的輸入、輸出信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號(hào)，則說(shuō)明出現(xiàn)了故障。因此，可以編寫一些常見(jiàn)故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為NO狀態(tài)，就應(yīng)該按故障處理。

2.2.降級(jí)操作設(shè)計(jì)

降級(jí)操作是指在設(shè)計(jì)時(shí)，將手動(dòng)操作包括在內(nèi)的設(shè)計(jì)，例如，緊急停車的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)停和再啟動(dòng)功能的設(shè)計(jì)等。這樣，一旦發(fā)生故障，可采用降級(jí)的操作，即對(duì)部分或全部設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)的開(kāi)停操作，以避免設(shè)備的損壞或?qū)?人員的傷害。此外，在設(shè)計(jì)中也可考慮從全自動(dòng)到半自動(dòng)、直至手動(dòng)的操作等。

3結(jié)束語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關(guān)，有此客觀因素也影響著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性.通過(guò)采取設(shè)計(jì)正確的硬件線路、選擇質(zhì)量高的元器件、改善工作環(huán)境、編制監(jiān)控程序等措施，可以使PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性得到很大的提高

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖常初.可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 三菱公司.FX2系列可編程序控制器使用手冊(cè).2001.

（作者單位：江蘇省鹽城市機(jī)關(guān)事務(wù)管理局）