提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法分析研究 電氣工程專業(yè)

1、提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法摘要：本文對提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性進行了一些探討，是作者在對PLC的使用過程中發(fā)現(xiàn)的一些對改進控制系統(tǒng)可靠性有用的方法。在本篇論文中，著重闡述了可編程序控制器所處的工作環(huán)境、具體接地方式及其控制系統(tǒng)中存在的實際輸入電路和相應(yīng)的輸出電路等多樣化方面，并據(jù)此提出建設(shè)性的相關(guān)方法及其相應(yīng)的改進措施。關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；可靠性；抗干擾；軟件程序。前言實際上，對于可編程序控制器而言，其主要基于程序控制器及其相應(yīng)的微機控制領(lǐng)域，將兩者彼此之間進行緊密結(jié)合，從而形成全新的自動化控制系統(tǒng)。通過利用PLC，針對各式各樣的系統(tǒng)設(shè)備，進行嚴密的控制，將能遠遠優(yōu)于單個儀器在實際工

2、作過程中的可靠性。但由于PLC本身是由電子元件構(gòu)成，其輸入、輸出電路控制電壓低、容量小，所以，整個PLC控制系統(tǒng)的可靠性，在很大程度上，都會受到諸多外圍設(shè)備的實際影響，例如：正常安裝環(huán)境、行程開關(guān)、繼電器和電磁閥等的特點，如果其外圍設(shè)備性能不穩(wěn)定，將會使PLC的可靠性降低，影響設(shè)備的正常運行。另外，通過編寫一個帶有監(jiān)控功能的軟件程序并將其運用在工作程序中，也能提高PLC系統(tǒng)的可靠性。在下述內(nèi)容中，將主要針對PLC如何基于其所涉及到的多樣化外圍設(shè)備及其相應(yīng)的軟件程序，來切實提升自身具備的可靠性，進行更深層次的細致闡述。一、從PLC外圍設(shè)備來考慮提高PLC的可靠性在工業(yè)領(lǐng)域中，為了迎合相對復(fù)雜的生

3、產(chǎn)環(huán)境，各種類型的PLC控制設(shè)備應(yīng)運而生。然而，當(dāng)實際工作環(huán)境相對惡劣的情況下，例如：在外界環(huán)境中，存在相對較高的電磁干擾及其濕度，則將會嚴重污染PLC控制設(shè)備的電源，進而嚴重影響到該設(shè)備存在的可靠性。（一）工作環(huán)境的要求通常情況下，對于PLC而言，其在實際工作的過程中，需要將自身周邊的環(huán)境溫度，控制于0-550C的區(qū)間內(nèi)，與此同時，當(dāng)進行安裝時，需要盡可能規(guī)避熱源直射，并且保證一定的通風(fēng)度，實現(xiàn)良好散熱。除此之外，空氣中存在的相對濕度，不得超過85%，這樣能夠切實保障PLC具備相對良好的絕緣性。對于PLC而言，當(dāng)其在實際安裝的過程中，需要遵循說明書提及的基本要求，盡可能規(guī)避存在振動的諸多場合

4、，并配備相應(yīng)的減振裝置。如果空氣中存在粉塵污染，則需要將PLC進行完全封閉的安裝。（二）電源的要求 對于電網(wǎng)而言，其所具備的穩(wěn)定性能，也將在一定程度上，對PLC控制系統(tǒng)中存在的精度及其相應(yīng)的可靠性，產(chǎn)生較為深遠的實際影響。通常情況下，PLC將會直接從電網(wǎng)中，獲取維護自身穩(wěn)定運行的電源，故此，在其電源的連線位置，需要配備隔離變壓器及其相應(yīng)的浪涌防護器等多樣化保護設(shè)備，盡可能降低電網(wǎng)對于PLC造成的實際影響。與此同時，在隔離變壓器中，如果將其蘊含的屏蔽層進行接地，則將能夠有效避免PLC受到電網(wǎng)信號的干擾，在此情況下，隔離變壓器需要選擇380/220的型號，才能獲得相對良好的實際效果。除此之外，對于

5、PLC的輸入電源線路及其輸出電源線路而言，最好選擇雙絞線，才能切實規(guī)避不同電源線彼此之間存在的干擾現(xiàn)象；對于相對關(guān)鍵的設(shè)備，需要利用分離供電系統(tǒng)或者UPS電源等相關(guān)設(shè)備，進行細致保護。（三） 接地和接線1、通常情況下，PLC主要安裝于控制盤柜。這是由于控制盤柜和大地彼此之間，將會表現(xiàn)出一定的電位差，通過接地能夠有效降低電流及其混入電源輸入信號的干擾，并且能夠切實規(guī)避由于漏電而形成的電動勢干擾。若想切實保障PLC設(shè)備在實際運行過程中的可靠性，必須首先對其進行相對良好的接地。在此過程中，PLC設(shè)備必須相對獨立，不能和電動機等諸多動力設(shè)備，實現(xiàn)共通接地。在不得已的情況下，應(yīng)該選擇共用接地，禁止共通接

6、地。與此同時，接地點需要設(shè)置在PLC周邊，通常情況下，主要選擇直徑為4mm2的接地線,并且其實際長度不高于50m，接地電阻不高于10。外圍 設(shè) 備PLC外圍 設(shè) 備PLC外圍 設(shè) 備PLC(a)專用接地（b）共用接地（c）共通接地圖12、對于PLC而言，其所涉及到的接線，一般大致細分為兩種。其中，主要包含輸入接線，與此同時，包含輸出接線。對于輸入接線而言，其實際長度不能高于30m，假設(shè)線路距離相對較長，則應(yīng)該利用中間繼電器，完成長距離信號彼此之間的相互轉(zhuǎn)換。值得一提的是，上述兩種接線的COM端，不能實現(xiàn)相互連接，并且雙方電纜需要保持一定的獨立性，例如：設(shè)置各自的接線箱等。除此之外，直流及其交流

7、信號線，甚至是模擬信號線之間，都需要設(shè)置單獨的電纜線，不能實現(xiàn)共通；無論是對于信號線而言，還是對于電源電纜而言，都最好不要進行平行敷設(shè)，如果在不得已的情況下，必須將其實際最小間距設(shè)置超過30cm。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的接地端應(yīng)為一點接地，接地點宜在控制器側(cè)。（四） PLC的I/O電路 1、由于PLC的輸入信號來自于輸入電路接受的開關(guān)量和模擬量等信號。故此，對于PLC控制系統(tǒng)而言，其所具備的可靠性，在很大程度上，將取決于輸入電路中多樣化元器件的實際質(zhì)量的及其相應(yīng)的具體連接方式。例如：按鈕及其行程開關(guān)的接線質(zhì)量等。在實際生產(chǎn)過程中，多樣化設(shè)備中存在

8、的機械限位開關(guān)，極易造成損壞，故此，當(dāng)進行實際設(shè)計時，應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的機械限位開關(guān)，改用具備相對較高實際可靠性的接近開關(guān)。除此之外，按鈕中涉及的觸點實際質(zhì)量，也將會對系統(tǒng)具備的可靠性，產(chǎn)生一定程度的影響。詳見圖2及其圖3。依次表示兩個控制線路及其相對應(yīng)的梯形圖。從理論角度而言，下述兩個控制線路，存在一模一樣的控制功能，然而，當(dāng)操作按鈕，并且實現(xiàn)接通的過程中，下述兩個控制線路的可靠性，卻并不相同。在圖2所示的梯形圖中，其輸入的開關(guān)量由按鈕SB1、SB2的接通和斷開來提供，而SB1、SB2在接線時都接其常開觸點，假設(shè)SB2為停止按鈕，那么在按鈕故障和其連接線路開路時，設(shè)備將不能停止，極易引發(fā)安全事故

9、。然而，在圖3的電路中，SB2主要用于連接常閉觸點，故此，當(dāng)SB2及其接線，表現(xiàn)出開路狀態(tài)時，相關(guān)設(shè)備將會立刻停止運行，這就切實保障了系統(tǒng)具備的實際安全性能及其相應(yīng)的可靠性。PLCSB1PLCX1SB1X1SB2X2SB2X2X1X2X1X2 圖2 起，?？刂凭€路圖3 起，?？刂凭€路2、當(dāng)PLC控制系統(tǒng)的實際輸入端，存在感性負載的情況下，需要在其兩端，并聯(lián)接入某個電阻R及其相應(yīng)的電容C，以此來有效預(yù)防反沖感應(yīng)電勢，對關(guān)鍵模塊造成一定的損傷，詳見圖4。值得一提的是，當(dāng)選擇具體交流輸入方式的過程中，需要尤其注重RC的恰當(dāng)選擇，才能獲得相對良好的成效。針對相關(guān)試驗裝置，進行更深層次的細致測試，能夠得

10、知，如果實際負荷容量不高于10VA，則通常情況下，將會選擇120+0.1F的組合。同理，如果實際負荷容量高于10VA,則通常情況下，將會選擇47+0.47F的組合，并且電容涉及到的額定電壓，應(yīng)該遠遠超過電源峰值電壓。除此之外，當(dāng)選擇直流輸入方式的過程中，對于二極管而言，其實際額定電流最佳為1A,并且其實際額定電壓，必須高于電源電壓的3倍，才能獲得相對良好的成效。(a)交流輸入方式 (b)直流輸入方式圖4 輸入端有感性負荷時的方式3、當(dāng)PLC控制系統(tǒng)的實際輸出端，存在感性負載的情況下，需要在其兩端，并聯(lián)接入某個RC浪涌吸收器，或者并聯(lián)接入某個續(xù)流二極管D，才能切實提升系統(tǒng)整體表現(xiàn)出的抗干擾效果。

11、實際上，假設(shè)交流電壓滿足100V200V的范圍內(nèi)，并且將其實際功率設(shè)置為400VA，則對于RC浪涌吸收器而言，其最佳組合即為47+0.47F。與此同時，當(dāng)RC更加接近于負載，就會獲得相對良好的抗干擾效果，詳見圖5。如果研究對象為直流負載，則對于二極管而言，其存在的反向耐壓，需要滿足4倍負載電壓。相似于RC，當(dāng)二極管更加接近于負載，則將獲得相對良好的抗干擾效果，詳見圖6。圖5 輸出端交流感性負載圖6 輸出端直流感性負載二、從PLC的軟件程序來慮提高控制系統(tǒng)的可靠性（一）運行狀況超時檢測若想有效提升PLC控制系統(tǒng)，在實際工作過程中表現(xiàn)出的可靠性,則需要設(shè)置定時器，用來針對該系統(tǒng)在實際運行過程中的真

12、實狀態(tài)，進行實時監(jiān)測。當(dāng)系統(tǒng)正常運行一個周期時，計時器將會自動清零，如果系統(tǒng)在實際運行過程中，出現(xiàn)死循環(huán)等一系列故障，則對于計時器而言，其將會由于無法清零而致使系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的警報信號。通常情況下，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)，意圖針對某特定對象，進行實時控制時，則只需在編制程序的過程中，設(shè)置相應(yīng)的定時器，即可針對某特定對象的實際運行情況，進行相對細致的實時監(jiān)視。在此過程中，定時器會和對象一起工作，只要對象能夠定期完成工作，定時器將會接收到完成信號，從而實現(xiàn)自主清零，同理，若無法清零，則系統(tǒng)將會發(fā)出報警信號，以此預(yù)警。對于監(jiān)控程序而言，其具體梯形示意圖，詳見圖7。在下述圖中，定時器T1主要代表檢測元件，X1

13、主要代表指定控制對象的相關(guān)動作信號，與此同時，X2主要代表動作完成信號，M2主要代表報警信號或者相應(yīng)的停機信號。基于對象而言，其在實際運行的過程中，完成一個完整的程序周期，大致耗費50s，在此情況下，定時器的K值，應(yīng)該設(shè)定為510。如果X1=1，則代表被控對象已經(jīng)開始正常運行，并基于T1時間初始計時，如果被控對象能夠定期完成工作，則將開始X2動作，在此期間，M1將會接通，并且傳遞于系統(tǒng)運行正常信號，定時器T1將會被自動清零，等待循環(huán)工作；同理，如果被控對象不能定期完成工作，則T1觸點將會閉合，在此期間，M2將會接通，并且傳遞于系統(tǒng)報警信號或者相應(yīng)的停機信號。T1 K510X1 X2 M1 X2

14、 M2 T1圖7 動作超時檢測程序 （二）邏輯錯誤檢測 在系統(tǒng)正常運行時，可編程序控制器的輸入、輸出信號和內(nèi)部信號（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編寫一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為NO狀態(tài)，就應(yīng)該按故障處理。例如某機械運動過程中先后有兩個限位開關(guān)對應(yīng)的PLC輸入地址分別為X1、X2，這兩個信號不會同時為NO狀態(tài)，如果他們同時為NO狀態(tài)，就說明至少有一個限位開關(guān)被卡死，應(yīng)該停機處理。如圖8梯形圖中，這兩個限位開關(guān)對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點X1、X2串聯(lián)，來驅(qū)動一個表示限位開關(guān)故障的輔助繼電器M0，當(dāng)M0為NO狀態(tài)時

15、就發(fā)出報警信號或停機信號。X1X2M0M0圖8邏輯錯誤檢測程序（三）降級操作設(shè)計一般情況下，對于降級操作設(shè)計而言，其主要代表在實際設(shè)計過程中，將相對關(guān)鍵的功能程序，例如：緊急停車或者再啟動功能等，全部存儲至全自動程序。在此情況下，如果發(fā)生一系列故障，則只要進行降級操作，就能針對相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)手動開停，從而切實規(guī)避相關(guān)設(shè)備的不必要磨損。除此之外，在實際設(shè)計的過程中，應(yīng)該適當(dāng)降低全自動的程度，偶爾選擇手動操作，來有效提升其可靠性。三、結(jié)束語綜上所述，對于PLC控制系統(tǒng)而言，其在實際工作過程中，表現(xiàn)出的可靠性，和多樣化因素之間息息相關(guān)。在此情況下，需要不斷完善實際工作環(huán)境，盡可能選擇蘊含相對較高實際質(zhì)量的各種元器件，制定科學(xué)全面的監(jiān)控程序，并適當(dāng)進行降級操作，才能從本質(zhì)上