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.提高 PLC 控制系统 的可靠性研究单位： 作者： 日期: ： .内 容 摘 要 提高 PLC 控制系统的可靠性研究 可编程序控制器是在程序控制器和微机控制的基础上 发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物， 并已成为自动化控制系统的基本装置。用 PLC 来控制系统 设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大 提高。就三菱的 F 系列，据称其平均无故障时间已达 30 万 小时。所以，整个 PLC 控制系统的可靠性，主要取决于 PLC 的外围设备，比如输入器件中的行程开关、输出器件 中的接触、继电器和电磁阀等。另外，从软件程序的编制 来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提高系统 的可靠性也有很大好处。 下面就如何提高 PLC 控制系统的可靠性进行一些探讨。 简述了影响可编程序控制器控制系统可靠性的主要因素， 并就可编程序控制器的工作环境、电源的要求、接地和连 接线的方式、降级操作设计、控制系统的输入电路和输出 电路与可编程序控制的软件程序编制等多个方面，提出了 一些可行的方法和措施。 关键词：可编程序控制器；外围设备；软件程序；可 靠性。.目 录 第 1 章： 从 PLC 外围设备来考虑提高 PLC 的可靠性.5 1.1 工作环境的要求.5 1.2 电源的要求.5 1.3 接地和接线.5 1.4 降级操作设计6 1.5 PLC 的 I/O 电.6 第二章 从 PLC 的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性.7 2.1 运行状况超时检测.7 2.2 逻辑错误检测.8 第三章 结束语9.前 言 可编程序控制器（以下简称 PLC ）是在程序控制器和微机控制 的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物， 从广义上讲，PLC 是一种计算机系统，比一般计算机具有更强的与 工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本 装置。PLC 已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业 中，已基本取代了传统的继电器和接触的逻辑控制。用 PLC 来控制 系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。 就 PLC 本身而言，平均无故障时间一般已可达 3 万5 万小时：而三 菱的 F 系统，据称其平均无故障时间已达 30 万小时。所以，整个 PLC 控制系统的可靠性，主要取决于 PLC 的外围设备，比如输入器 件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器 和电磁阀等。另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个 带有监控的程序，对提高系统的可靠性也有很大好处。下面就如何 提高 PLC 控制系统的可靠性进行一些探讨。.第 1 章 从 PLC 外围设备来考虑提高 PLC 的可靠性 PLC 是专为工业生产环境而设计的控制设备,当工作环境较为恶 劣，如电磁干扰较强，湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干 扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。 11 工作环境的要求 一般 PLC 工作的环境温度应在 0 0 C-55 0 C 的范围，并要避免太阳 光直接照射；安装时要远离的热源，保证足够大的散热空间和通风 条件；空气的相对湿度应小于 85%，不结露，以保证 PLC 的绝缘良 好。PLC 应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按 照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气 中有粉尘和有害气体时，应将 PLC 封闭安装.。 1.2 电源的要求 不同的 PLC 产品,对电源的要求也不同,这里包括电源的电压等 级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。 对电磁干扰较强、而对 PLC 可靠性要求以较高的场合，PLC 的 供电应与动力供电和控制电路供电分开，必要时，可采用带屏蔽的 隔离变压器供电、串联 LC 滤波电路等。在设计时，外接的直流电 源应采用稳压电源，供电功率应留有 20%-30%的余量。对由控制本 身提供的真流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造 成设备的损坏。 1.3 接地和接线 (1)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.如图 1 所示,接地点应尽可能靠近 PLC,接地线的径应大于 4mm, 接地电阻一般应小于 10 欧姆 (a)专用接地 （b）共用接地 （c）共通接地 （2）PLC 的接线包括输入线和输出接线。输入接线的长度不宜 过长，一般不大于 30m ；在线路距离较长时，可采用中间继电器进 行信号的转换。输入接线的 COM 端与输出接线的 COM 端不能接在 一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场 分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的 接线必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜 在控制器侧。 1.5 PLC 的 I/O 电路 (1)由于 PLC 是通过输入电路接受开关量|、模拟量等输入信号 的，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制 PLC 外设备 PLC 外设备 PLC 外设备.系统的可靠性，比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是 否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生 故障的元件，在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械 限位开关。此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的 可靠性。现以一个简单的起动、停止控制线路为例，图 2 和图 3 所 示的是两个控制线路和它们对应梯形图，这两个控制线路的控制功 能完全一样，按下起动按钮，输出动作；按下停止按钮，输出断开； 但它们的可靠性不一样，假设输出断开为安全状态，那么图形 3 的 可靠性要比图 2 的高，这是因为 SBI、SB2 都有发生故障的可能， 而最常见的现象是输入电路开路。当采用图 3 电路时，不论 SBI、SB2 开关本身开路还是接线开路，输出都安全状态，保证了系 统的安全和可靠。图 2 起，停控制线路 图 3 起，停控制线路 X001 X002 X001 X002.(2)在输入端有感性负荷时,为了防止反冲感应电势损坏模块,在 负荷两端并接电容 C 和电阻 R(交流输入信号),或并接续流二极管 D( 直流输入信号).如图表 4 所示，在采取交流输入方式时，CR 的选 择要适当才能起到较好的效果。通过试验装置的测试，当负荷容量 在 10VA 以下，一般 0.1 微乏+120 欧姆; 负荷容量在 10VA 以上时,一 般选 0.47 微乏+47 欧姆较适宜.要采取直流输入方式时,经试验得知, 二极管的额定电流应选为 IA, 额定电压要大于电源电压的 3 倍 。 (a)交流输入方式 (b)直流输入方式 图 4 输入端有感性负荷时的方式 (3)在输出端有感性负载时,通过试验得知,若是交流负载场合, 应在负载的两端并接 CR 浪涌吸收器;如交流是 100V 、200V、 电压而功率为 400VA 左右时，CR 浪涌吸收器为 0.47UF+47 欧 姆,如图 5 所示.CR 愈靠近负载,其抗干效果愈好;若是直流负载 场合,则在负载的两端并接续流二极管 D,如图 6 所示.二极管也 要靠近负载,其反向耐压应是负载电压的 4 倍. P L C P L C.图 5 输出端交流感性负载 图 6 输出端直流感性 负载 2 :从 PLC 的软件程序来虑提高控制系统的可靠性 2.1 运行状况超时检测 为了提高 PLC 控制系统工作的可靠性,可以专门设置一个定时器,作 为监控程序部分,对系统的运行状态进行检测.若程序运行能正常结束,则 该定时器就即被清零,若程序运行发生故障,如出现死循环等,该定时 器在设定的时间内就无法清零,此时 PLC 发出报警信号.在设计应用 程序时,使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控.如果用 PLC 来控制某一对象时,编制程序时可定义一个定时器来对这一对象 的运行状态进行监视,该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的 最大时间，当启动该对象运行时，同时也启动该定时器，若该对象 的运行程序在程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号， 使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常，否则属运行不正 常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形如图 7 所示，图中 定时器 T1 为检测元件，X001 为控制对象动作信号，X002 为动作完 成信号，M2 为报警或停机信号。假设被控对象运行程序完成一次循 P L c P L c.环需要 50s ，则定时器 K,值可取 510（T1 为 100ms 定时器） 。当 X001=1 时，被控对象运行开始，T1 开始计时，如在规定的时间内 被控对象的运行程序能正常结束，则 X002 动作，M1 复位，定时器 T1 被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对 象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1 的触点闭合，接通 M2 发出报警信号或停机信号。2.2 逻辑错误检测在系统正常运行时，可编程序控制器的输入、输出信号和内部 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，可以编写一些常见故 障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为 NO 状态，就应该按故障 处理。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关对应的 PLC 输入 地址分别为 X001，X002，在两个信号不会同时为 NO 状态，如果他 们同时为 NO 状态，就说明至少有一个限位开关被卡死，应该停机.处理。如图（8）梯形图中，这两个限位开关对应的输入继电器的常 开触点 X001，X002 串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继 电器 M0 ，当 M0 为 NO 状态时就发出报警信号或停机信号 图（8）逻辑错误检测程序 2.3. 降级操作设计 降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计，例如， 紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样， 一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动 的开停操作，以避免设备的损坏或对 人员的伤害。此外，在设计中 也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。 3 结束语 PLC 控制系统的工作可靠性与多种因素有关,有此客观因素也影 响着控制系统的稳定性.通过采取设计正确的硬件线路、选择质量高 的元器件、改善工作环境、编制监控程序等措施，可以使 PLC 控制 系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。.参考文献 （1） 廖常初 . 可编程控制器基础及应用 . 北京：机械工业出版 社,2003. （2） 三菱公司 . FX2 系列可编程序控制器使用手册. 2001.