基于提高PLC控制系统的可靠性的探究

基于提高PLC控制系统的可靠性的探究

【摘要】可编程控制器PLC由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性价比高，在现代工业控制领域得到越来越广泛的应用。在实际工业控制应用中，虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但也存在诸多因素会影响到PLC控制系统的稳定性，使其可靠性及安全性降低，导致系统控制出错，使控制过程出错甚至整个系统瘫痪，造成严重的后果。于是对怎样提高PLC控制系统可靠性和安全性的分析、探究就显得尤为重要。本文就探究提出了几种提高PLC控制系统可靠性的主要方法和措施。
【关键词】可编程控制器；工业控制应用；PLC控制系统可靠性
随着科技的进步和发展，PLC控制技术，综合计算机技术、自动控制和通信技术，面向控制过程、面向用户、形成广泛适应工业环境、操作方便、可靠性高的新一代通用工业自动化控制系统，与DCS、IPC并称为工业自动化控制领域的三大支柱，PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平。PLC虽抗干扰能力强，可靠性高，但也存在诸多因素都会影响到PLC控制系统的稳定性，使其可靠性及安全性降低，导致系统控制出错，使控制过程出错甚至整个系统瘫痪，造成极大的经济损失，甚至危及人的生命安全。所以，确保系统继续安全可靠的运行，已成为现代控制系统急需解决的重要问题。
一、影响PLC控制系统可靠性的主要因素
1.环境因素包括温度、湿度、电源、介质、振动和冲击等
温度：PLC的工作环境温度为0～55℃，且不可急剧变化。?囟鹊谋浠?将直接影响PLC元器件的可靠性和寿命。
湿度：PLC的工作相对湿度为30%～85%（不结露），湿度过大或过小可导致PLC内部元件性能恶化，造成短路和静电感应损坏等不良后果。
空间介质：空气中的粉尘、腐蚀和易燃等有害气体及水分、有机溶剂、强酸碱性环境及空间电磁辐射等对PLC的可靠性影响较大。
电源：PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力，在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，外接干扰常通过电源线进入PLC，或PLC输入端使用的外接直流电源中的纹波都会导致PLC接受错误信息，导致控制失误。
振动和冲击：PLC经受不住较大震动和冲击，所以应该将PLC装置远离振源，并安装防振橡皮等。
2.输入输出装置及外围电路故障等
传输信号线短路或断路：（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害）等原因可能造成传输信号线出短路或短路故障，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。
现场变送器，机械开关自身出故障：如机械开关触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
3.控制系统自身的设计的缺陷：控制系统设计者在PLC及系统硬件设计和软件设计上考虑不周全所致系统可靠性不高。
二、提高PLC控制系统可靠性的主要措施
1.PLC自身配置及选型
提高PLC控制系统硬件可靠性的措施使用集成度高、质量稳定、可靠性高的组件，以减少因PLC部件质量问题而造成的故障发生率。PLC模板配置应将交流与直流模板、数字量与模拟量模板、模拟量模板与电源模板、通信模板与I/O模板分开放置，以及将同类型的模板放置在一起等的原则，可以防止由于电磁感应造成的信号失真。
二、PLC安装环境的选取
PLC系统安装环境要求温度在0～55℃、相对湿度≤85%（不结露）范围，安装时不能离发热量大的元器件太近，四周应有足够的通风散热空间；PLC应远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55HZ的频繁或连续振动，当使用环境不可避免时，必须采用减震措施。
三、输入输出保护
对输入/输出端子的保护：在输入/输出端子安装速断型限流保险，当输入/输出端子与感性负载（接触器、电磁阀等）线圈连接时，或者处于雷电多发地段时，并联浪涌抑制器或反向二极管，以吸收浪涌电压。
合理的线路布线：传输线之间的相互干扰是数字调节系统中较难解决的问题，这些干扰主要来自传输导线间分布电容及电感引起的电磁互耦。所以布线时应注意以下几点：1）将动力部分、控制部分、PLC和I/O、电源分别配线，分开走线，尽量不要在同一线槽中布线；2）交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线；3）开关量与模拟量的I/O线最好分开走线，对于传送模拟量信号的I/O线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地；
四、完善的系统接地措施
具体存PLC系统中的地线可划分为数子地线、模拟地线、继电器和电动机等人功率电气设备的噪声地线以及仪器机壳等的屏蔽地线等几种。这些地线应该分开布置，并在一点上与电源地相连。针对不同的地线可采用单点接地或多点接地。
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，在PLC本身的可靠性很高的情况下，影响控制系统可靠性的主要因素是输入信号元件和输出执行元件。通过采用成熟技术和高质量的输入输出元器件，合理配置PLC硬件和软件资源，并充分利用PLC内部软元件设计PLC控制系统故障检测与诊断程序，屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件误动作，对关键元器件实行软、硬双重保护，就可以确保控制系统安全可靠地运行。
参考文献：
[1]孙海维.SIMATIC可编程序控制器及应用.北京：机械工业出版社，2007，07.
[2]三菱公司.FX2系列可编程序控制器使用手册，2001.