基于PLC控制系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行措施分析

馬驥

（大慶煉化公司機(jī)電儀廠電氣一車間，黑龍江 大慶 163000）

1 概述

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC或PC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。

PLC的主要特點(diǎn)如下：

1.1 用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的0-1狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)。

1.2 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；

1.3 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能；

1.4 易學(xué)易用，照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制采用簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，尤其在順序控制、開關(guān)量邏輯運(yùn)算和處理這兩方面具有顯著優(yōu)勢，而模擬量閉環(huán)控制也已非常成熟。 PLC技術(shù)自從引入我國的電力行業(yè)后就得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)展壯大。

2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：（1）開關(guān)量邏輯控制；（2）工業(yè)過程控制；（3）運(yùn)動控制；（4）數(shù)據(jù)處理；（5）通信及聯(lián)網(wǎng)。

3 PLC的應(yīng)用特點(diǎn)

一是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。二是配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。三是易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。四是系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護(hù)方便，容易改造。

3.1 安裝與布線。動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙膠線連接。

PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動力線，避免并行。

3.2 I/O端的接線。輸入接線：輸入接線一般不要太長。輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。盡可能采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

輸出連接：輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。

由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板。

使用電感性負(fù)載時應(yīng)合理選擇，或加隔離繼電器。

PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制。

4 保證PLC安全、可靠運(yùn)行的措施

PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運(yùn)算錯誤。因此，為保證PLC的正常安全運(yùn)行和進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的的可靠性，在使用過程中仍應(yīng)采取一定的抗干擾措施。

4.1 PLC控制系統(tǒng)工作環(huán)境

PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，對工作環(huán)境的要求不高。但是在PLC控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當(dāng)，會降低系統(tǒng)的可靠性。安裝PLC應(yīng)避開大的熱源，一般使用環(huán)境溫度通?？刂圃?℃ ～55℃范圍內(nèi)，要有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件，開關(guān)柜上下應(yīng)有通風(fēng)百葉窗。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的環(huán)境使用PLC時，需將PLC封閉安裝。如果PLC安裝位置有強(qiáng)烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施。安裝PLC時，還應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻焊機(jī)和大功率動力設(shè)備等。

4.2 PLC的電源與接地

在PLC控制系統(tǒng)中，電源是干擾進(jìn)入PLC主要途徑之一。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)，主要是通過PLC系統(tǒng)的供電源、變速器供電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。因此在布線時，如遇有較強(qiáng)干擾源或可靠性要求很高的場合時，可在PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器，屏蔽層和PLC的浮動端子應(yīng)接地，且接地面積不小于2mm2，接地電阻小于是100Ω。接地線要采取獨(dú)立接地的方式，不能用與其它設(shè)備串聯(lián)接地方式，否則它會使各設(shè)備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。對于變速器供電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。

4.3 PLC的輸入/輸出接線

PLC的輸入信號線、輸出信號線應(yīng)盡量分開布線。模擬信號線應(yīng)分開布線而且要采用屏蔽線，將屏蔽層接地。當(dāng)輸入端或輸出端接有感性電源時，對于直流電路應(yīng)在二端并聯(lián)續(xù)流二極管，如圖1所示。對于交流電路，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)阻容吸收電路，如圖2所示。采取這些措施，可以防止電感性輸入或輸出電路斷開時產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢或浪涌電流對PLC的輸入、輸出端子及內(nèi)部電源造成的沖擊。當(dāng)PLC的輸出驅(qū)動的負(fù)載為電磁閥或交流接觸器之類的元件時，在輸出端與驅(qū)動元件之間增加固定繼電器，進(jìn)行隔離。

4.4 安全保護(hù)措施

加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的安全保護(hù)措施可以提高其運(yùn)行的可靠性。其安全保護(hù)措施主要可在短路、失壓與緊急停車、聯(lián)鎖等方面采取一定的保護(hù)措施。

為保證PLC及整個系統(tǒng)的安全，在PLC輸出線路上要裝熔斷器，以防止負(fù)載短路，最好在每組輸出回路上都串聯(lián)一只容量合適的熔斷器。

PLC正常工作情況下，當(dāng)電源消失又重新正常供電或緊急停車信號輸入PLC時，PLC能使系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。但當(dāng)PLC的輸出繼電器或晶體管毀壞，會使PLC的輸出保持為斷開，就不能靠PLC來實現(xiàn)失壓保護(hù)和緊急停車功能。因此，在PLC控制系統(tǒng)中，可在PLC外部負(fù)載供電線路中設(shè)置失壓保護(hù)電路和緊急停車電路。

PLC控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能可通過編程來實現(xiàn)，但為了進(jìn)一下提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)在硬件上也采取措施。例如對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制上，光靠軟件來實現(xiàn)是不夠的，因為接觸器在控制大功率電機(jī)時，有時會出現(xiàn)因主觸點(diǎn)“燒死”而在線圈斷電后還不斷開的故障，導(dǎo)致正反轉(zhuǎn)線路同時接通而造成三相電源短路事故。解決這一問題的辦法可以用硬接線將兩個接觸器的常閉觸點(diǎn)互相串聯(lián)在對方的線圈控制回路中，實現(xiàn)硬件的互鎖。

5 結(jié)束語

隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。在實際應(yīng)用中，影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的因素多種多樣，我們要分析各種因素產(chǎn)生的原因，在電路設(shè)計和軟件編程中采取相應(yīng)的技術(shù)措施，并在實踐中不斷改進(jìn)和完善，確保PLC控制系統(tǒng)可以長期、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

[1]王兆義.小型可編程控制器實用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]宮淑貞.可編程控制器原理及應(yīng)用.人民郵電出版社，2002.