PLC控制系統可靠性設計

和德明

摘 要：當前，PLC在工業生產中發揮著重要的作用，PLC控制系統的穩定性與工業生產的效率、安全密切相關。研究影響PLC控制系統穩定性的因素，并提出相應的解決措施，對提升系統的安全性和穩定性具有十分重要的意義。

關鍵詞：PLC控制系統；濾波裝置；模擬信號；非法輸入

中圖分類號：TP368.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.144

PLC，即可編程控制器，利用的是微處理器在運行方面的優勢和計算機在解決相關問題上的優勢，其特征為實用性強、硬件設施完善、編程方式簡單、修護方便等，在工業生產中占據十分重要的地位。由于PLC控制系統的穩定性與工業生產的效率、安全密切相關，因此提升系統的穩定性具有十分重要的作用。

1 輸入可靠性程序設計

1.1 防止抖動

大部分PLC信號輸入系統都有濾波裝置。該裝置的安裝可避免觸點出現抖動現象。為了保證濾波質量，需將濾波時間設置為毫秒級別，只有當信號輸入時間在8 ms內且有作用效果時，才會出現輸入信號。一般來說，不同的系統有不同的信號輸入時間，應根據不同的環境來進行實地測試。

1.2 確保輸入脈沖的穩定性

在采集輸入脈沖時，為了避免出現丟失的情況，一般可以采用以下兩種手段：①借助高速計數功能采集脈沖，只要確保高速計數最高工作頻率高于脈沖頻率，就不會丟失脈沖；②利用定時中斷和脈沖采集子程序采集脈沖，只要確保采集時間間隔小于脈沖頻率的倒數，就不會丟失脈沖。

1.3 數字濾波

在采集模擬信號時，應當連續采集3次樣本，采樣的時間間隔可以根據A/D轉換時間和信號的變化來確定。按照一定的順序，將3個數據保存在不同的數據保存器中，經對比后，取這3個數據的中間值或平均值作為輸出的主要數值。

1.4 避免出現非法輸入

不同信號間有著不同的關系，應仔細分析存在的關系，以確保信號符合法律途徑。例如，不能讓左右2個行程開關都處于關閉狀態，如果有這種情況出現，就是所謂的“不符合法律的輸入”，就要被警告或是停止使用。

1.5 檢測是否有多余、錯誤的輸入

檢測錯誤的傳感器一般有模擬量檢測和邏輯量檢測兩種。為了保證檢測效果，可以同時布置2個傳感器，再對照2個讀者信號，看其是否相同。如果不同，且超過了有限的時間，就證明其中一項有問題。

2 輸出穩定性程序構建

在一般的PLC控制系統中，除了輸入問題外，輸出問題也是需要注意的問題之一。有時，即使系統正確地輸入了PLC信號，并且輸入模擬量時產生的誤差極小，也很容易出現PLC控制系統輸出錯誤的問題。PLC控制系統輸出錯誤是由多種原因引發的，既有可能是系統內部出現問題，也有可能是工作人員操作失誤。有效減少PLC控制系統中的輸出錯誤，是系統安全、穩定運行的關鍵。當前，有許多方法能夠有效解決PLC控制系統輸出錯誤的問題，常用的為軟件控制方法。

2.1 高質量的輸出監控

為了保證輸出質量，應對內部元件進行實時監控。一般監控方式有兩種，即動作反應監控和看門狗監控。這兩種監控方式之間沒有明顯的區別，監控原理相似，不同的是，前者需要在規定的時間內完成相關動作，后者對時間沒有限制，更注重動作的完成情況。

2.2 采取手段減少錯誤輸出

PLC控制系統的應用范圍較廣，即使在惡劣的環境下，該系統也不能出現問題，且系統誤輸出在邏輯方面是不允許的。例如在采用PLC系統進行控制的電梯中，為了避免電梯出現急停的情況，就會用到PLC系統的錯誤判斷功能，利用計算機程序來保證端站的正常工作，提升電梯的安全性。

3 PLC信息安全性程序構建

隨著計算機技術的飛速發展，PLC控制系統逐漸與其他的計算機系統有著非常密切的聯系。由于信息范圍較廣，容易受到干擾，PLC控制系統信息出現錯誤的情況屢見不鮮，因此，信息程序也會出現錯誤，導致信息不準確。

3.1 信息安全性

為了確保信息的安全，可以采用以下兩種方式：①數據校驗。為了保證信息的準確性，在進行信息傳輸時需要檢驗，從中發現問題，避免使用到錯誤的信息。一般來說，數據校驗分為校驗和幀校驗兩種。②重復通信。重復通信主要分為兩大步驟——寫數據需要實現“寫成功”的應答，讀數據需要數據和校驗碼正確與否的檢驗。

3.2 通信穩定性

在通信時，要對系統設立不同數據讀寫的權限，對不同的人設定不同的權限。比如，在對PLC進行控制的計算機系統中，系統管理員具有最高的權限，能夠隨時對PLC系統數據進行讀寫操作；而工程師則不具有這樣的權限，只能讀取數據，卻不能改寫數據。

4 PLC控制系統中問題的解決辦法

4.1 掉電維護

在正常運行過程中，PLC控制系統是一個電位均勢體。一旦出現因掉電而導致的電位差，應及時組織專業人員進行電位的恢復和調整。

在構建程序時需注意，在掉電后，再次恢復狀態可以保證相關部分正常運轉，主要體現為各個動作自保持；在失電后，不啟動就不能夠再得電，需要進行相關的聯鎖。

4.2 對錯誤進行及時報警

為了保證及時發現并處理錯誤，一些PLC控制系統采用了3級錯誤報警體系。首先，安排1級設備直接控制系統的現場控制面板，用不同顏色的指示燈來顯示不同設備的運行狀況，以便管理人員全面接收系統信息；其次，采用2級設備監控系統的不同部分，并直接顯示在控制中心的監視器上，讓管理人員及時了解系統的實時運行狀況，即使在出現問題后也能快速作出反應；最后，用3級設備監控中心控制器的運行狀況，如果設備運行出現錯誤，就會發出警報，提醒相關人員及時處理。

4.3 故障或錯誤判斷

故障或錯誤判斷主要是確定已經產生的錯誤和問題的類型。為了更好地處理系統中的錯誤和問題，可以在計算機中構建錯誤和問題判斷知識體系，借助這一體系監管和判斷程序。當PLC在對實際的工作狀況進行監視時，能夠將收集、保存的相關資料傳送給計算機，計算機在處理這些數據資料后，將其收入數據體系中。如果該體系出現問題，知識系統就要根據相關規則和運行制度，對其中的問題進行判斷。判斷后，應進一步優化知識體系中的學習模式，改善知識體系中的相關原則，從而使知識體系的效用不斷增強。

5 總結

在PLC 控制系統中，要全面考慮影響PLC 穩定性的多種因素，且在構建程序時采用科學、有效的方法，這樣才能確保控制系統的安全、高效和穩定運行。另外，由于PLC控制系統的類別不同，只有結合實際情況深入研究，才能取得較好的應用效果。

參考文獻

[1]陳在平，趙相賓.可編程序控制器技術與應用系統設計[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]王曉靜.PLC控制系統可靠性設計的實現[J].科技信息（科學教研），2007（19）.

〔編輯：劉曉芳〕