对PLC控制系统的可靠性研究.docx

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1、对PLC控制系统的可靠性研究dujing导语：整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备1、引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器的根底上开展起来的微机技术和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经过相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的根本装置。PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已根本取代了传统的继电器和接触器的逻辑控制。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进步。就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达35万小时；而三菱的F系列，据称其平

2、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，比方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，假如能编制出一个带有监控的程序，对进步系统的可靠性也有很大好处。下面就怎样进步PLC控制系统的可靠性进展一些讨论。2、从PLC的外围设备来考虑进步PLC的可靠性PLC是专门为工业消费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。2.1工作环境的要求除了为特殊工作环境而设计的PLC外，一般PLC工作的环境温度应在0

3、55的范围，并要防止太阳光直接照射；安装时要远离大的热源，保证足够大的散热空间和透风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应防止安装在有振动的场所；对振动源允许的条件那么应按照产品讲明书的要求，安装减振橡胶垫或者采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装。2.2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、沟通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可靠性要求又较高的场合，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

4、流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%30%的余量。对由控制器本身提供的直流电源，应理解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备的损坏。2.3接地和接线1PLC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；绝对制止采用共通接地方法。如图1所示，接地点应尽可能靠近PLC，接地线的线径应大于4mm2，接地电阻一般应小于10。图1接地方法2PLC的接线包括输入接线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路间隔较长时，可采用中间继电器进展信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入

5、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。集成电路或者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。2.4冗余设计和降级操纵设计1对可靠性要求较高的应用场合，冗余设计和降级操纵是必要的。冗余设计可采用热后备或者冷后备方式。热后备方式操纵时，冗余的后备系统也同时运行，两者输出的结果一致时，表示系统是正常运行的；一旦结果不一致，那么发出警报信号，同时，根据自诊断的结果，切换到正常的系统去。冷后备方式操纵时，冷后备系统不运行，它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。对PLC来讲，冗余系统的范围主要是CPU、存储单元、

6、电源系统和通讯系统，只有在可靠性要求很高时，才会包括输入输出单元的冗余等。2降级操纵是指在设计时，将手动操纵包括在内的设计。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，可采用降级的操纵，即对局部或者全部设备进展手动的开停操纵，以防止设备的损坏或者对人员的伤害。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操纵等。2.5PLC的I/O电路1由于PLC是通过输入电路承受开关量、模拟量等输入信号，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系统的可靠性。比方：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否结实等。设备上的机械限位开关是比拟轻易产

7、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、停顿控制线路为例，如图2和图3所示的是两个控制线路和它们的对应梯形图。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；按下停顿按钮，输出断开；但它们的可靠性不一样。我们假设输出断开为平安状态，那么图3的可靠性要比图2的高。这是由于SB1、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，不管SB1、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都为平安状态，保证了系统的平安和可靠。2在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损

8、坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R沟通输入信号，或者并接续流二极管D直流输入信号。如图4所示：沟通输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过实验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般选0.1F+120；负荷容量在10VA以上时，一般选0.47F+47较适宜。直流输入方式时，经试验得二极管的额定电流应选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍。3在输出端有感性负载时，通过试验得出：假设是沟通负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器；如沟通是100V、200V电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47F+47，如图5所示。CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；假设是直流负载场

9、合，那么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。二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。3、从PLC的软件程序来考虑进步控制系统的可靠性为了进步PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序局部，对系统的运行状态进展检测。假设程序运行能正常完毕，那么该定时器就立即被清零；假设程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间到就无法清零，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局部运行状态的监控。假如用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展监视：该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大

10、时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。假设该对象的运行程序在规定的时间完毕工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，讲明这一对象的运行程序正常；否那么，属运行不正常，发出报警信号或者停机信号。监控程序的梯形图如图7所示。图7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为报警或者停机信号。假设被控对象的运行程序完成一次循环需要50s，那么定时器K值可取510T1为100ms定时器。当X001=1时，被控对象运行开场，T1开场计时；如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常完毕，那么X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开场；假设在规

11、定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，那么判定为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或者停机信号。PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些客观因素也干扰着控制系统的稳定性。通过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进步。1常斗南等.可编程序控制器原理、应用、实验M.北京:机械工业出版社,2003.2齐从谦等.PLC技术及应用M.北京:机械工业出版社,2000.3三菱公司FX2系列可编程序控制器使用手册Z.2001.4刘文勇.大型测控系统抗干扰问题的讨论J.兵工自动化,19974:1013.5陈启明.测量控制仪表使用中的防干扰措施J.仪表技术与传感器,20015:4546.