基于PLC控制系統(tǒng)可靠性運行分析

路鵬

（大慶石油化工工程檢測技術有限公司化學分析室，黑龍江 大慶 163000）

1 前言

可編程序控制器（以下簡稱PLC）是在程序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。從廣義上講，PLC是一種計算機系統(tǒng)，比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動化控制系統(tǒng)的基本裝置?？删幊炭刂破饔捎诳垢蓴_能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高，在工業(yè)控制領域得到越來越廣泛應用。

2 PLC控制系統(tǒng)的主要特點

2.1 可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h 以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。

2.2 模塊化組合靈活可編程控制器是系列化產品，通常采用模塊結構來完成不同的任務組合。I/O從8～8192點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結構形式也是多樣的。

2.3 功能強PLC應用微電子技術和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數等順序控制功能?；拘褪皆偌由夏MI/O、基本算術運算、通信能力等。復雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能I/O、PID調節(jié)、過程監(jiān)視、網絡通信能力、遠程I/O、多處理器和高速數據處理能力。

2.4 編程方便PLC適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。

2.5 適應工業(yè)環(huán)境PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境 下可靠工作。這是PLC產品的市場生存價值。

2.6 安裝、維修簡單與計算機系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個模件上設有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產迅速恢復。然后再對故障模件進行修復，這對大規(guī)模生產場合尤為適宜。一些PLC外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結構簡單，上面帶有散熱槽，在高溫下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。

2.7 運行速度快隨著微處理器的應用，使PLC的運行速度增快，使它更符合處理高速度復雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。

2.8 總價格低PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應地降低了價格。另外，采用PLC還可以大大縮短設計、編程和投產周期，使總價格進一步降低。

PLC系統(tǒng)與工業(yè)總線計算機和DCS系統(tǒng)相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發(fā)展。促進了工業(yè)的 進步。PLC產品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需要。

3 導致PLC系統(tǒng)可靠性降低的原因分析

雖然工業(yè)控制機和可編程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果輸入給PLC的開關量信號出現(xiàn)錯誤，模擬量信號出現(xiàn)較大偏差，PLC輸出口控制的執(zhí)行機構沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯，造成無法挽回的經濟損失。

3.1 影響現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯的主要原因：

3.1.1 造成傳輸信號線短路或斷路(由于機械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害)，當傳輸信號線出故障時，現(xiàn)場信號無法傳送給PLC，造成控制出錯。

3.1.2 點抖動，現(xiàn)場觸點雖然只閉合一次，PLC卻認為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計數、累加、移位等指令中出錯，出現(xiàn)錯誤控制結果。

3.1.3 現(xiàn)場變送器，機械開關自身出故障，如觸點接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會使控制系統(tǒng)不能正常工作。

3.2 影響執(zhí)行機構出錯的主要原因：

3.2.1 控制負載的接觸不能可靠動作，雖然PLC發(fā)出了動作指令，但執(zhí)行機構并沒按要求動作。

3.2.2 控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機并沒按要求工作。

3.2.3 各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關的沒能關到位，由于執(zhí)行機構沒能按PLC的控制要求動作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。要提高整個控制系統(tǒng)的可靠性，必須提高輸入信號的可靠性和執(zhí)行機構動作的準確性，否則PLC應能及時發(fā)現(xiàn)問題，用聲光等報警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統(tǒng)安全、可靠、正確地工作。

4 PLC控制系統(tǒng)可靠性提高的措施

4.1 利用軟件編程提高系統(tǒng)工作可靠性

PLC內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可有效的提高控制系統(tǒng)的可靠性、安全性，例如為了確保 PLC動作的可靠，在軟件設計時根據需要使用動作優(yōu)先程序。PLC程序設計的好壞，直接影響控制系統(tǒng)的性能和可靠性，完善的程序不但要滿足現(xiàn)場工藝流程和系統(tǒng)控制的要求，而且還要根據需要選用軟件編程的方法進行信號相容性檢查，其中包括:開關信號之間的狀態(tài)是否矛盾，模擬值的變化范圍是否正常，開關量和模擬量信號是否一致，以及各個信號的時序是否正確等。采取時間故障檢測法、邏輯錯誤檢測法、聯(lián)鎖控制等方法，充分利用PLC的軟、硬件資源，精心設計電路和編寫程序，能極大的提高系統(tǒng)的可靠性。

4.2 外圍電路和執(zhí)行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率極低。而繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行器件的故障率相對較高，這些元件本身發(fā)生故障時，PLC不會自動停機，直到故障造成了后果時才會被發(fā)現(xiàn)，對系統(tǒng)可靠性的影響很大。所以，一方面必須選用高質量的元器件來提高可靠性，另一方面，要充分考慮到故障發(fā)生的可能性，在電路設計和軟件編程時對故障率較高的外圍器件的工作狀態(tài)進行反饋和檢測，當有故障發(fā)生時，根據故障部位的重要性和對控制系統(tǒng)的影響，及時采取給出報警信息、自動停機等措施，避免造成嚴重后果。

4.3 加強 PLC控制系統(tǒng)可靠性的管理

4.3.1 維護管理

PLC控制系統(tǒng)的可靠性，其主要因素還是要做好后期的維護管理工作，維護設備主要部位：供電電源，外部環(huán)境、安裝狀態(tài)、電源(Ps)、中央處理單元(CPU)、信號模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等外圍設備等。

4.3.2 人的管理

隨著科技的發(fā)展，自動化的科學含量不斷的提高。這將對工作人員的素質提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設備情況、檢修、規(guī)劃和設計等；而且還要懂得計算機以及具有一定技術水平。因此，必須從人員的培訓力度、培訓方式和培訓內容等著手。不斷提高工作人員的業(yè)務素質和思想素質，才能勝任其工作崗位。

結束語

PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關，有些客觀因素也干擾著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過設計正確的硬件線路，選擇質量高的元器件，改善工作環(huán)境，編制監(jiān)控程序等措施，可以使PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性得到很大的提高。

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