提高PLC控制系统可靠性的措施.docx

提高PLC控制系统可靠性的措施虽然plc具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力， 但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引 起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件 损坏。为了提高PLC系统运行的可靠性，使用时应注意以下 几个方面的问题。一、适合的工作环境.环境温度适宜各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定。通常PLC 允许的环境温度约在055。Co因此，安装时不要把发热量 大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空 间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大 功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜最好有 通风的百叶窗，如果控制柜温度太高，应该在柜内安装风扇 强迫通风。1 .环境湿度适宜PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85%,以保 证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装 置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。2 .注意环境污染不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉 等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气 体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。如果只能安装 在这种场所，在温度允许的条件下，可以将PLC封闭；或将 PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。3 .远离振动和冲击源安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤 其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振 动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。4 .远离强干扰源PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备 和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射 源，以及易产生强静电的地方。二、合理的安装与布线1.注意电源安装电源是干扰进入PLC的主要途径。PLC系统的电源有两 类：外部电源和内部电源。外部电源是用来驱动PLC输出设备（负载）和提供输入信 号的，又称用户电源，同一台PLC的外部电源可能有多规格。 外部电源的容量与性能由输出设备和PLC的输入电路决定。 由于PLC的I/0电路都具有滤波、隔离功能，所以外部电 源对PLC性能影响不大。因此，对外部电源的要求不高。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电 源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。因此，为了保 证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求。一般PLC的 内部电源都采用开关式稳压电源或原边带低通滤波器的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层 的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次 侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：1）隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线 连接，以控制串模干扰；2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时 引起的线路压降；3） PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源, 以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。2 .远离高压PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与 高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电 源线，二者间距离应大于200mm。3 .合理的布线1） I/O线、动力线及其它控制线应分开走线，尽量不要 在同一线槽中布线。2）交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。3）开关量与模拟量的I/O线最好分开走线，对于传送 模拟量信号的I/O线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应 一端接地。4） PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、 频率高，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。5） PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线, 不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端于连接，否则容易出 现火花。6）与PLC安装在同一控制柜内，虽不是由PLC控制的 感性元件，也应并联RC或二极管消弧电路。三、正确的接地良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制 干扰，PLC 一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的 接地装置，如图la所示；也可以采用公共接地，如图1b所 示；但禁止使用如图1c所示的串联接地方式，因为这种接 地方式会产生PLC与设备之间的电位差。图1 PLC的接地a）分别接地b）公共按地c）串联接地PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时， 接地电阻要小于100Q,接地线的截面应大于2nlm2。另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了 I/O扩展单 元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一 单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100Q。四、必须的安全保护环节.短路保护当PLC输出设备短路时，为了防止PLC内部输出元件损 坏，应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，开展短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。1 .互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应 该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电 动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC 外部开展互锁。在不同电机或电器之间有联锁要求时，最好 也在PLC外部开展硬件联锁。采用PLC外部的硬件开展互锁 与联锁，这是PLC控制系统中常用的做法。2 .失压保护与紧急停车措施PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时 停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就 不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况 下需要紧急停机时，按下“结束”按钮就可以切断负载电源， 而与PLC毫无关系。五、必要的软件措施有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的 软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可 靠性起到很好的作用。1 .消除开关量输入信号抖动在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的 干扰而出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在继电器系 统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成什么影响，但在 PLC系统中，由于PLC扫描工作的速度快，扫描周期比实际 继电器的动作时间短得多，所以抖动信号就可能被PLC检测 到，从而造成错误的结果。因此，必须对某些“抖动”信号 开展处理，以保证系统正常工作。如图2a所示，输入X0抖动会引起输出Y0发生抖动， 可采用计数器或定时器，经过适当编程，以消除这种干扰。如图2b所示为消除输入信号抖动的梯形图程序。当抖 动干扰X0断开时间间隔 t <KXO. IS,计数器CO不会动 作，输出继电器Y0保持接通，干扰不会影响正常工作；只 有当X0抖动断开时间A t三KXO. IS时，计数器CO计满K 次动作，CO常闭断开，输出继电器Y0才断开。K为计数常 数，实际调试时可根据干扰情况而定。图2输入信号抖动的影响及消除a）抖动现象的影响b）消除抖动的方法2 .故障的检测与诊断PLC的可靠性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果 PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因， 排除后就可以恢复正常工作。大量的工程实践说明，PLC外部输入、输出设备的故障 率远远高于PLC本身的故障率，而这些设备出现故障后，PLC 一般不能觉察出来，可能使故障扩大，直至强电保护装置动 作后才停机，有时甚至会造成设备和人身事故。（http：/ 版权所有）停机后，查找故障也要花费很多时间。为了及时 发现故障，在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警，也 为了方便查找故障，提高维修效率，可用PLC程序实现故障 的自诊断和自处理。现代的PLC拥有大量的软件资源，如FX2N系列PLC有 几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器，有相当大的裕 量，可以把这些资源利用起来，用于故障检测。（1）超时检测 机械设备在各工步的动作所需的时间一 般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为 参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作 时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动 作的持续时间长20%左右。例如设某执行机构（如电动机） 在正常情况下运行50s后，它驱动的部件使限位开关动作, 发出动作结束信号。若该执行机构的动作时间超过60s （即 对应定时器的设定时间），PLC还没有接收到动作结束信号, 定时器延时接通的常开触点发出故障信号，该信号结束正常 的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修 人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。（2）逻辑错误检测在系统正常运行时，PLC的输入、 输出信号和内部的信号（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，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异 常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。例如某机械运动 过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为ON 状态，若它们同时为0N,说明至少有一个限位开关被卡死, 应停机开展处理。3 .消除预知干扰某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构 （如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、 电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误 的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC 的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。采用冗余系统或热备用系统某些控制系统（如化工、造纸、冶金、核电站等）要求 有极高的可靠性，如果控制系统出现故障，由此引起停产或 设备损坏将造成极大的经济损失。因此，仅仅通过提高PLC 控制系统的自身可靠性是满足不了要求。在这种要求极高可 靠性的大型系统中，常采用冗余系统或热备用系统来有效地 解决上述问题。1 .冗余系统所谓冗余系统是指系统中有多余的部分，没有它系统照 样工作，但在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故 障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是在控制系统 中最重要的部分（如CPU模块）由两套一样的硬件组成，当 某一套出现故障立即由另一套来控制。是否使用两套一样的 I/O模块，取决于系统对可靠性的要求程度。如图3a所示，两套CPU模块使用一样的程序并行工作， 其中一套为主CPU模块，一块为备用CPU模块。在系统正常 运行时，备用CPU模块的输出被禁止，由主CPU模块来控制 系统的工作。同时，主CPU模块还不断通过冗余处理单元（RPU） 同步地对备用CPU模块的I/O映像存放器和其它存放器开展 刷新。当主CPU模块发出故障信息后，RPU在13个扫描周 期内将控制功能切换到备用CPUo I/O系统的切换也是由RPU 来完成。图3冗余系统与执备用系统a）冗余系统b）热备用系统2 .热备用系统热备用系统的构造较冗余系统简单，虽然也有两个CPU 模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPUo系统 两个CPU模块的切换,是由主CPU模块通过通信口与备用CPU 模块开展通信来完成的。如图6-39b所示，两套CPU通过通 讯接口连在一起。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU, 并实现切换，其切换过程一般较慢。