如何提高PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性

李寧

摘要：PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。然而一些因素的存在嚴重影響了PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性，導致PLC自動控制系統(tǒng)在應用過程中無法發(fā)揮有效的功能。本文對這些因素進行分析并提出了提高PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性的建議。

關鍵詞：PLC自動控制系統(tǒng)；穩(wěn)定性；環(huán)境

一、影響PLC自動控制系統(tǒng)的因素分析

工控機和PLC自身都有比較高的可靠性能，可是輸入給可編程控制器的輸入信號一旦有錯誤，模擬信號出現(xiàn)偏差，可編程控制器執(zhí)行機構動作錯誤，都會使控制過程出現(xiàn)錯誤，從而造成很大的經(jīng)濟損失。

（一）影響輸入給可編程控制器的信號出現(xiàn)錯誤的因素

由于機械力、線路老化及其他問題造成信號線出現(xiàn)問題，當信號線出現(xiàn)問題時，現(xiàn)場的輸入信號就沒法傳入給可編程控制器，控制系統(tǒng)就會出錯。

機械觸點抖動。雖然現(xiàn)場觸點只會一次閉合，但可編程控制器卻會認為有多次閉合，雖然軟件和硬件分別加了微分指令和濾波電路，但因為可編程控制器掃描的周期時間比較短，還有可能在運算過程中出現(xiàn)錯誤，從而導致控制結果出錯。

現(xiàn)場變送器接點接觸不穩(wěn)定造成開關出現(xiàn)故障，現(xiàn)場變送器反映出電量偏差大甚至不能工作，這些都是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素。

（二）執(zhí)行機構出現(xiàn)錯誤的因素

（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。

（2）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。

（三）其他因素

除上述以外還有很多其它因素，如：系統(tǒng)工作的環(huán)境，溫度、濕度，周圍環(huán)境污染，振源和污染源，布線的合理性，接線的正確性，以及軟件系統(tǒng)的運行情況，等等。

二、提高PLC自動控制系統(tǒng)可靠性的措施

（一）設計出較完善故障報警體系

在設計PLC自動控制系統(tǒng)之時，大都是按照三級報警體系來實施。

（1）設置一級；這就需要對現(xiàn)場的各種控制柜面板進行控制，普遍做法就是采用指示燈，當設備出現(xiàn)了故障指示燈就會顯示出來，比如設備正常運行指示燈亮，設備出現(xiàn)故障無法正常運行，指示燈且依據(jù)一定的頻率進行閃爍。設計之時為了提防指示燈出故障而無法體現(xiàn)出設備運行情況，大都是設置故障復位燈進行測試，無論系數(shù)處于何種狀態(tài)將測試按鈕按下3S以上，就能夠將所有的指示燈點亮，一旦指示燈不能完全點亮且要馬上更換，指導按下按鈕之后全部亮為止，才能夠再次使用。

（2）設置二級故障顯示；這一級主要是在中心控制室中的人機接口，要在監(jiān)視器上連接出顯示設置，一旦PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通過一定文字顯示故障，而那個地方的設備出故障且對應燈就閃爍，相關人員要依據(jù)這些故障做好記錄。

（3）設置三級故障；這一級主要位于中心控制室的信號箱中，一旦設備發(fā)生了故障現(xiàn)象之時，信號箱就會通過聲光進行報警提升操作人員注意，且及時檢查故障并進行相應處理。對于故障的處理上要進行分類，因為這些故障是不盡相同的，一些較為嚴重故障必然會影響控制系統(tǒng)無法正常運行，但是有一些較小故障且影響不大，在處理上就沒有必要停止系統(tǒng)而專門處理，可以邊運行邊處理，有效的提升了系統(tǒng)的可靠性。

（二）優(yōu)化設計方案和控制元件的選擇

在選擇控制方案時，應比較可編程序控制器和繼電器控制柜的方案，對其價格、可靠性、開發(fā)周期、工作量、維修時間等多方面因素進行比較，利用可編程控制器替換繼電器控制柜，提高系統(tǒng)可靠性。在控制元件的選擇上，要對元件的品種、規(guī)格可靠性進行比較，選擇符合機床對電氣控制系統(tǒng)的要求以及系統(tǒng)對控制元件的要求，使所選擇的控制元件與實際使用相符合，從而提高控制系統(tǒng)的可靠性[5]。

（三）提高輸入信號的可靠性

要想提高輸入信號的可靠性，就必須從以下幾方面著手：

（1）在進行程序設計時，通過增加數(shù)字濾波程序，從而增加信號的可靠性。模擬信號濾波可以對現(xiàn)場的模擬信號連續(xù)采樣三次，三次的信號采樣分別存放在數(shù)據(jù)器寄存器中，當進行最后一次采樣時，等到結束后，通過利用數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)的比較指令以及數(shù)據(jù)的交換指令去除一個最小值一個最大值，得到的中間值就作為本次采樣的結果存取到數(shù)據(jù)寄存器中。這樣一來就可以提高PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性。

（2）通過強化信號線，因為信號線的準確主要是由于收到電壓以及電流的影響，所以，在設計信號線的時候，應該加強信號線的抗壓以及抗干擾能力。通過科學的方法，對現(xiàn)場進行設置，減少由于電輻射所帶來的干擾，必須嚴格要求PLC設備以及信號線的選擇上，應該選擇正規(guī)廠商生產(chǎn)的信號線以及設備，這樣一來，可以提高設備的使用壽命；選擇一些抗老化能力比較好的信號線，避免長時間的使用出現(xiàn)損壞。根據(jù)周邊的實際環(huán)境來進行信號線的布置，當周圍會出現(xiàn)很多老鼠時，應該在信號線周圍進行防鼠措施；當周圍環(huán)境比較潮濕或者腐蝕性比較強，應該采用防腐效果好的信號線。

（3）對PLC的設備以及信號線進行不定期或者定期的檢查。一旦發(fā)現(xiàn)信號線老化，設備接觸不良，出現(xiàn)短路或者開關不到位的現(xiàn)象時，應及時處理或者是做好預防措施。

三、執(zhí)行機構可靠性研究

輸入準確現(xiàn)場信號給PLC后，PLC開始執(zhí)行程序，并對現(xiàn)場裝置進行控制、調(diào)節(jié)。要確保故障發(fā)現(xiàn)及時，執(zhí)行機構按要求工作，應采取以下措施：接觸器控制負載時，當由接觸器控制負載時，停止或啟動這類負載轉為對接觸器線圈控制，此時我們最關心的應是接觸器是否可靠釋放和吸臺。根據(jù)開啟和關閉時間的差異，設置延時時間，檢測開關是否到位，如果沒有準確及時的返回信號給PLC，那么就明顯地說明閥可能有故障，應該做閥故障報警處理。同時，執(zhí)行機構方便的操作平臺會使工作人員使用起來非常便捷。在PLC自動控制系統(tǒng)中，計算機充當上位機的功能，通過采用百兆以太環(huán)網(wǎng)將輸送系統(tǒng)連接到計算機上，進行實時監(jiān)控及保護。上位機采用處于國際領先水平的InTouch組態(tài)軟件作為監(jiān)控軟件，下位機則采用歐姆龍可編程控制器。InTouch和以太網(wǎng)之間的采用OPC充當通信中介。通信完成以后，通過從PLC中讀取的數(shù)據(jù)利用InTouch進行編程，進而監(jiān)視輸送帶的運行狀態(tài)，按照既定的控制要求對輸送帶進行遠程監(jiān)控。

（四）工作環(huán)境

良好的環(huán)境是PLC正常工作的先決條件，要考慮安裝環(huán)境中溫度、濕度、振動和空氣等相關因素。除部分特種PLC外，正常PLC工作的環(huán)境溫度應為0～55℃，過高或過低溫度都會對CPU及其功能模塊造成損害?；締卧蛿U展單元保持足夠距離，PLC安裝時一般都遠離熱源，避免陽光直射，并保持足夠的散熱空間和通風渠道，在個別溫度惡劣的場合，可以通過溫度控制器保證PLC在合理的溫度工作，避免PLC在極限溫度下工作。為了保證PLC絕緣良好，要防止凝露的產(chǎn)生，空氣的相對濕度應小于85%。強烈的振動會照成PLC定位螺栓松動，卡件與卡槽接觸不良，導致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，是PLC安裝的大忌。因此安裝時，應是PLC盡量遠離振動源，在不可避免的情況下，要采取緊固、防振和緩沖措施。此外，PLC工作環(huán)境對空氣也有一定的要求，為避免腐蝕、導電塵埃和易燃氣體的影響，應采取適當?shù)目諝鈨艋胧?，并將PLC封閉安裝。

結語

PLC控制系統(tǒng)的可靠性研究設計的問題較為復雜，在對PLC控制系統(tǒng)進行可靠性設計時，應綜合考慮多方面的因素，針對其具體的影響因素，采取有效措施，使控制系統(tǒng)可靠性影響因素得到有效控制，從而提高控制系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運行。

參考文獻

[1]張金虎. PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性[J]. 中國科技博覽， 2011（9）：11-11.

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[3]曾凡菊， 陳子元. 數(shù)控機床PLC的可靠性提高的探析[J]. 科技致富向導， 2012（2）：215-215.