淺談如何提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性

云南省電子信息高級技工學(xué)校 云南 昆明 650000

一、從PLC外圍設(shè)備來考慮提高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，會使控制系統(tǒng)的可靠性受到影響。

1.工作環(huán)境的要求。一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在00C-550C的范圍，并要避免太陽光直接照射；安裝時要遠(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)避免安裝在有振動的場所，對振動源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說明書的要求，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，應(yīng)將PLC封閉安裝；PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動力設(shè)備等，同時PLC還應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。

2.電源的要求。電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。

外部電源是用來驅(qū)動PLC輸出設(shè)備(負(fù)載)和提供輸入信號的，又稱用戶電源，同一臺PLC的外部電源可能有多種規(guī)格。外部電源的容量與性能由輸出設(shè)備和PLC的輸入電路決定。由于PLC的I/O電路都具有濾波、隔離功能，所以外部電源對PLC性能影響不大。因此，對外部電源的要求不高。

內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求。一般PLC的內(nèi)部電源都采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。

在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時，在安裝時還應(yīng)注意以下問題：

(1)隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾。

(2)系統(tǒng)的動力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動時引起的線路壓降。

(3)PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤的信號。

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)計時，PLC的接地應(yīng)與動力設(shè)備的接地分開，采用專用接地；如不能分開接地時，應(yīng)采用共用接地；絕對禁止采用共通接地方法。接地線的直徑應(yīng)大于4mm，接地電阻一般應(yīng)小于10歐姆。

(2)PLC的接線包括輸入接線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長，一般不大于30m；在線路距離較長時，可采用中間繼電器進(jìn)行信號的轉(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)分開設(shè)置。必要時，可在現(xiàn)場分別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應(yīng)為一點接地，接地點宜在控制器側(cè)。

4.PLC的I/O電路

(1)由于PLC是通過輸入電路接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的，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、行程開關(guān)等輸入開關(guān)量的觸點接觸是否良好、接線是否牢固等。設(shè)備上的機(jī)械限位開關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件，在設(shè)計時，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按鈕的常開和常閉觸點的選擇也會影響到系統(tǒng)的可靠性。

(2)在輸入端有感性負(fù)荷時，為了防止反沖感應(yīng)電勢損壞模塊，在負(fù)荷兩端并接電容C和電阻R(交流輸入信號)，或并接續(xù)流二極管D(直流輸入信號)，在采取交流輸入方式時，電容、電阻的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。通過試驗裝置的測試，當(dāng)負(fù)荷容量在10VA以下，一般選擇0.1μF電容和120Ω電阻；負(fù)荷容量在10VA以上時，一般選擇0.47μF電容和47Ω電阻較適宜。要采取直流輸入方式時，經(jīng)試驗得知，二極管的額定電流應(yīng)選為1A，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，若是交流負(fù)載場合，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，CR浪涌吸收器選擇0.47μF電容和47Ω電阻。CR愈靠近負(fù)載，其抗干效果愈好；若是直流負(fù)載場合，則在負(fù)載的兩端并接續(xù)流二極管D，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。

二、從PLC的軟件程序來考慮提高控制系統(tǒng)的可靠性

1.運(yùn)行狀況超時檢測。為了提高PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性，可以專門設(shè)置一個定時器，作為監(jiān)控程序部分，對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。若程序運(yùn)行能正常結(jié)束，則該定時器就即被清零，若程序運(yùn)行發(fā)生故障，如出現(xiàn)死循環(huán)等，該定時器在設(shè)定的時間內(nèi)就無法清零，此時PLC發(fā)出報警信號。在設(shè)計應(yīng)用程序時，使用這種方法來實現(xiàn)對系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。如果用PLC來控制某一對象時，編制程序時可定義一個定時器來對這一對象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，該定時器的設(shè)定時間即為這一對象工作所需的最大時間，當(dāng)啟動該對象運(yùn)行時，同時也啟動該定時器，若該對象的運(yùn)行程序在程序在規(guī)定的時間結(jié)束工作，發(fā)出一個工作完成信號，使該定時器清零，說明這一對象的運(yùn)行程序正常，否則屬運(yùn)行不正常，發(fā)出報警信號或停機(jī)信號。監(jiān)控程序的梯形，定時器T1為檢測元件，X001為控制對象動作信號，X002為動作完成信號，M2為報警或停機(jī)信號。假設(shè)被控對象運(yùn)行程序完成一次循環(huán)需要50s，則定時器K，值可取510(T1為100ms定時器)。當(dāng)X001=1時，被控對象運(yùn)行開始，T1開始計時，如在規(guī)定的時間內(nèi)被控對象的運(yùn)行程序能正常結(jié)束，則X002動作，M1復(fù)位，定時器T1被清零，等待下一次循環(huán)的開始；若在規(guī)定時間沒有發(fā)出被控對象運(yùn)行完成的動作信號，則判斷為故障，T1的觸點閉合，接通M2發(fā)出報警信號或停機(jī)信號。

2.邏輯錯誤檢測。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，可編程序控制器的輸入、輸出信號和內(nèi)部信號(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，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編寫一些常見故障的異常邏輯關(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。例如某機(jī)械運(yùn)動過程中先后有兩個限位開關(guān)對應(yīng)的PLC輸入地址分別為X001，X002，在兩個信號不會同時為NO狀態(tài)，如果他們同時為NO狀態(tài)，就說明至少有一個限位開關(guān)被卡死，應(yīng)該停機(jī)處理。在梯形圖中，這兩個限位開關(guān)對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點X001，X002串聯(lián)，來驅(qū)動一個表示限位開關(guān)故障的輔助繼電器M0，當(dāng)M0為NO狀態(tài)時就發(fā)出報警信號或停機(jī)信號。

3.降級操作設(shè)計。降級操作是指在設(shè)計時，增加某些動作的手動操作，例如緊急停車的設(shè)計、關(guān)鍵設(shè)備的開停和再啟動功能的設(shè)計等。這樣，一旦發(fā)生故障，可采用降級的操作，即對部分或全部設(shè)備進(jìn)行手動的開停操作，以避免設(shè)備的損壞或?qū)θ藛T的傷害。此外，在設(shè)計中也可考慮從全自動到半自動、直至手動的操作等。

三、結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關(guān)，有些客觀因素也影響著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過采取設(shè)計正確的硬件線路、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。