提高系统控制可靠性分析

【摘要】PLC系统可靠性不仅取决于PLC硬件本身的质量好坏，而是与周边设备的质量、硬件的安装方式，软件的编制有很大关系。如何在硬件配置上提高系统对外界环境的抗干扰能力，提高软件对不同的工艺、设备情况做出准确、合理判断的能力，是提高系统的可靠性的重要手段。文章阐述了提高提高系统控制可靠性的若干措施。

【关键词】PLC；程序编制；系统可靠性

中图分类号： H085.6 文献标识码： A 文章编号：

PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的生产安全性和运行经济性。自动化系统中所使用的各种类型的PLC，安装在各电机设备上或集中安装在控制室，它们大多处在恶劣电磁环境中。在过于恶劣的环境或者安装不当等情况下，都有可能引起内部原件损坏。

一、PLC的概念

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

随着化工、电力、冶金等工业生产装置规模的日趋大型化和复杂化，以及工业以太网的建立，PLC控制系统的规模更加庞大，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。

二、PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

2、配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

3、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，维护也变得容易起来。同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种，小批量的生产场合。

三、影响系统控制可靠性的因素分析

1、来自信号线的干扰。PLC系统连接有各种信号线，这种信号线的连接方式根据梯形图的变化而不同，然而无论何种线路，信号线之间的相互干扰以及信号线对于外界空间的电磁辐射感应是不可避免的，这种称之为电磁干扰。这种干扰会导致I/O口工作异常，从而影响工业测量的准确性，还会对仪器造成严重损害。

2、温度和湿度的干扰。PLC的工作环境温度为0－5℃，且不可急剧变化。由于温度的变化将直接影响PLC元器件的可靠性和寿命，必须采取措施限制温度的上下限。湿度：PLC的工作相对湿度为30%－85%，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。

3、安装布线问题（1）隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接，以控制串模干扰。（2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备启动时引起的线路压降。（3）PLC输入电路用外界直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号，否则可能使PLC接收到错误的信号。（4）远离高压PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PIJC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。（5）I/O线、动力线及其他控制线应该分开走线，尽量不要在同一线槽中布线。（6）交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。

4、来自感性负载的干扰。感性负载具有储能的作用，当控制触点断开时，电路中的感性负载会产生高于电源电压接近数十倍的反电动势，从外观是不容易觉察到的；触点吸合时，触点会发生抖动，从而产生电弧，电弧危害是一种非常严重的电气危害。

5、电源和介质的干扰。多数外界干扰都是通过电源线进人PLC的，所以电源的设计尤为重要。介质:PLC不可安装在有尘埃、导电粉末、有害气体、水分、有机溶剂、强碱性溶液的环境中，应将控制柜装置成密闭结构，以防止不清洁介质侵人。

6、正确的接地。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件，PLC 系统接地的基本原则是单点接地。即将整个装配表面接到低阻抗地的参考点。这个连接应具有极低的直流电阻(

四、提高系统控制可靠性的措施

利用计时器，过滤伪输入信号：PLC系统对现场信号的响应速度大多以毫秒为单位，外界设备的微小变化，都会在PLC控制程序中得到迅速的响应。从现场输入的信号看，由于外界的干扰可能会产生瞬间的电平变化，超过一定的阈值时就可能让PLC得到错误的信号输入，对PLC系统的正常工作产生影响。为解决上述问题可以在PLC程序中增加计时器滤掉这种瞬间产生的错误信号。

安装与布线的方案：PLC控制系统的布线应远离强干扰源，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设，以防外界信号干扰。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，且避免并行。

系统接地：对系统的屏蔽接地应采用专用接地方式，接地线直径在2mm以上，接地电阻≤10Ω。同时应将工作地与屏蔽地分开，以防止互相干扰。尤其应该注意的是外部设备及传输介质的屏蔽接地，最好是与PLC系统共用一个接地带，如果由于位置等原因无法共用，也必须进行接地处理，且接地电阻也应≤10Ω，以防止由于共模干扰对系统的影响。

安全保护措施：为保护PLC及整个系统的安全，在PLC输出线路上要装熔断器，以防止负载短路。PLC控制系统的联锁功能可通过编程来实现，但为了进一步提高系统的可靠性，应在硬件上也采取措施。PLC在正常情况下，当电源消失又重新正常供电或紧急停车信号输入PLC时，PLC能使系统处于停机状态。当PLC的输出继电器或晶体管毁坏，会使PLC的输出保持为断开，就不能靠PLC来实现失压保护和紧急停车功能。因此在PLC控制系统中，可在PLC 外部负载供电线路中设置失压保护电路和紧急停车电路。

电源的处理：PLC 供电系统一般采用以下几种方案：（1）使用隔离变压器供电系统。本方案是传统的抗干扰措施，对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。它抗干扰的原理是原边对高频干扰呈现很高的阻抗，而位于原边、副边绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了原、副边所产生的分布电容，因此原边绕组只存在对屏蔽层的分布电容，高频干扰通过这个分布电容而被旁路引入地。（2）使用UPS供电。UPS是个人PC上常用的有效保护装置，当输入交流电失电时，UPS根据不同的容量能继续向PLC控制器供电10～30分钟。

安装环境：将PLC系统放置在温度为0—5℃、相对湿度为85%的密闭环境中，可以避免由于温度、湿度的变化及灰尘的原因使PLC模板的内部触点产生粘连、结露、接触不良等故障现象。

文章对PLC控制系统可靠性的进行研究、分析，针对PLC 控制系统的特点，提出了在实际应用中提高PLC控制系统可靠性的措施，对保障任务的顺利进行，提高技术人员的排故能力具有重要的意义。

参考文献：

[1]张志民．对电气自动化控制设备可靠性的认识[J]．广东科技，2011(4)：200-201．

[2]黄国道，汪卫东．螺杆膨胀动力机在废热锅炉系统中的应用[J]．硫酸工业，2011，（9）：29-32．