通过PLC和组态软件提高系统可靠性的几项措施

【摘要】随着工业设备自动化控制技术的发展，可编程控制器PLC和组态软件在工业设备控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统和组态软件的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，提高PLC控制系统和组态软件的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。文章对PLC和组态软件进行了具体概述，说明了程序质量的几个衡量点，最后分析了PLC和组态软件提高系统可靠性的措施。

【关键词】PLC；组态软件；系统可靠性；措施

一、PLC和组态软件的具体概述

1、PLC 即可编程逻辑控制器 （可编程控制器件）

（1）含义

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

（2）工作原理

输入采样阶段

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，PU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

2、组态软件

（1）含义

又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA，即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTU System，Remote Terminal Unit）。

（2）组态软件的特点概述

在监控系统中，组态软件是作为系统收集和处理的中心环节而存在的，是数据的转发中心和监控中心。在组态软件运行状态下通过各种检测、监控设备共同构成了快速的控制中心。组态软件是一种面向数据采集和监控的平台工具，其实质项目相当丰富，使用功能十分强大，并且方式灵活。其作为控制过程和数据采集的专项软件，运用计算机，为实施过程监控、数据采集和生产控制提供优良的开发环境和基础平台。组态软件的专业性很强，某种领域中往往只适合一种组态软件的应用。在控制系统引入组态软件，可以起到简化软件编程和算法设计的目的，有效解决知识水平同现场操作技术间的矛盾，工作效率大大提升。

二、通过PLC和组态软件提高系统可靠性的几项措施

1、、利用软件编程提高系统工作可靠性

PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可有效的提高控制系统的可靠性、安全性，例如为了确保PLC动作的可靠，在软件设计时根据需要使用动作优先程序。PLC程序设计的好坏，直接影响控制系统的性能和可靠性，完善的程序不但要满足现场工艺流程和系统控制的要求，而且还要根据需要选用软件编程的方法进行信号相容性检查，其中包括：开关信号之间的状态是否矛盾，模拟值的变化范围是否正常，开关量和模拟量信号是否一致，以及各个信号的时序是否正确等。采取时间故障检测法、逻辑错误检测法、联锁控制等方法，充分利用PLC的软、硬件资源精心设计电路和编写程序，就能极大的提高系统的可靠性。

2、输出程序可靠性设计

输出错误也是PLC控制系统常见的一种错误，输出程序可靠性设计就是用相应程序去避免这些错误，或出现错误时，还能确保系统安全。

（1）输出监控

如果PLC的DI 信号正确，AI 信号偏差不大，PLC处理后，得出的控制输出也应该正确，但如果PLC输出控制的执行机构没有按要求动作，也会使PLC控制系统出现错误。为此，在提高输入可靠性的同时，出要提高输出执行动作的可靠性。一旦输出执行动作出现错误，PLC 应及时发现，并进行报警处理。输出监控就是监测执行机构在给定时间内动作是否完成。这种方法可以通过STEP7组态软件中的延时启动定时器SD来完成。控制系统工作循环中各工步的运行有严格的时间规定，以这些时间为参数，在要检测的工步动作开始的同时启动SD定时器。SD 定时器的时间设定值比正常情况下该动作要持续的时间长25%。当某工步动作时间超过规定时间，并达到对应的定时器设定时间还未转入下一个工步动作时，定时器发出故障信号，停止正常工作循环程序，启动报警及相应处理程序。

（2）误动作避免在特定的情况下，出现某种输出是不允许的，这时可把这种输出视为误输出，在逻辑上予以禁止，避免出现，这就是“误动作避免”。通常通过控制元件之间的互锁来达到误动作避免的目的，如控制电动机正反转的两个接触器在任何情况下都不能同时接通，否则线路将出现短路，这会损坏电源或接触器。在PLC程序编制中，可以把带动这两个接触器的输出点进行互锁，也就是把对方OFF 作为自己ON的一个条件，来实现误动作避免。

3、电路和执行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率极低。而继电器、接触器、电磁阀等执行器件的故障率相对较高，这些元件本身发生故障时，PLC不会自动停机，直到故障造成了后果时才会被发现，对系统可靠性的影响很大。所以，一方面必须选用高质量的元器件来提高可靠性，另一方面，要充分考虑到故障发生的可能性，在电路设计和软件编程时对故障率较高的器件的工作状态进行反馈和检测，当有故障发生时，根据故障部位的重要性和对控制系统的影响，及时采取给出报警信息、自动停机等措施，避免造成严重后果。同时，变频器在近几年中已大量被采用，变频器对模拟量信号的干扰十分严重，在同一环境中使用时，应对变频器单独接地，合理布线，避免或减小干扰的影响，提高系统控制的可靠性。

三、结束语

软件是自动化系统的核心与灵魂，组态软件又具有很高的渗透能力和产业关联度。不管从横向还是纵向看，一个自动化系统中，组态软件日益渗透到每个角落，占据越来越多的份额。组态软件越来越多地体现着自动化系统的价值。对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

参考文献：

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