浅析提高PLC自动控制系统可靠性的措施-自动化论文发表

浅析提高PLC自动控制系统可靠性的措施
江耀辉
摘要：分析影响自动控制系统可靠性的因素，从多方面采取有效措施，提高PLC的抗干扰能力，增强PLC控制系统的可靠性。
关键词：PLC 自动控制系统 可靠性 措施
一、影响控制系统可靠性的因素
可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。然而在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。例如输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。其中，影响现场输入给PLC信号出错的主要因素有：
1、传输信号线短路或断路，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。
2、机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。
3、现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。
而影响执行机构出错的主要因素有：
1、控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。
2、控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。
3、各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。
二、提高自动控制系统可靠性的措施
为了提高PLC系统运行的可靠性，使用时应注意以下几个方面的问题：
1、适合的工作环境
（1）环境温度适宜。各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定，通常PLC允许的环境温度约在0~55°C。
（2）环境湿度适宜。PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。
（3）注意环境污染。不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。
（4）远离振动和冲击源。安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。
（5）远离强干扰源。PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。
2、合理的安装与布线
（1）注意电源安装。电源是干扰进入PLC的主要途径。PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。因此，为了保证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求。一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或原边带低通滤波器的稳压电源。
在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：
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，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；
③ PLC输入电路用外接直流电源时，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。
（2）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。
（3）合理的布线
① I/O线、动力线及其它控制线应分开走线，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；
④ PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内；
⑤ PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线，不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端于连接，否则容易出现火花。
3、必须的安全保护环节
（1）短路保护。当PLC输出设备短路时，为了避免PLC内部输出元件损坏，应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。
（2）互锁与联锁措施。除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。
（3）失压保护与紧急停车措施。PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。
4、正确的接地
PLC的良好接地是正常运行的前提。在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地；如不能分开接地时，应采用共用接地；绝对禁止采用共通接地方法。PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于2mm2。
5、必要的软件措施
有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性起到很好的作用。
（1）消除开关量输入信号抖动
在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的干扰而出现时通时断的“抖动”现象。因此，必须对某些“抖动”信号进行处理，以保证系统正常工作。
（2）故障的检测与诊断
PLC的可靠性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。
① 超时检测。机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20％左右。
② 逻辑错误检测 在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。
（3）消除预知干扰
某些干扰是可以预知的，它们可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。
三、结束语
在实际应用中，影响PLC控制系统可靠性的因素多种多样，我们要分析各种因素产生的原因，在电路设计和软件编程中采取相应的技术措施，并在实践中不断改进和完善，确保PLC控制系统可以长期、稳定、可靠地运行。

参考文献：
[1] 常斗南等. 可编程序控制器原理、应用、实验[M]. 北京: 机械工业出版社,2003.
[2] 王兆义.小型可编程控制器实用技术.机械工业出版社，2003.
[3] 齐从谦等.PLC技术及应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2000.
 

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