時間：2012年6月10日 來源：網(wǎng)絡 關鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 可靠性

　　PLC由于具有功能強、程序設計簡介，維護方便等優(yōu)點，特別是高可靠性、較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，目前廣泛應用于機械、冶金、化工、輕工、電力、汽車等行業(yè)領域。PLC的應用使得其所控制的設備、系統(tǒng)的效率與可靠性相對于單純的繼電器控制系統(tǒng)大大加強。雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導致控制混亂，甚至造成內(nèi)、外部元件損壞，影響系統(tǒng)的正常工作。為了提高PLC系統(tǒng)運行的可靠性，使用時應注意以下幾個方面的問題?！　∫弧⑦m合的工作環(huán)境　　1.環(huán)境溫度適宜--各生產(chǎn)廠家對PLC的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。通常PLC允許的環(huán)境溫度約在0~55℃。因此，安裝時不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方;PLC四周要有足夠的通風散熱空間?！　?.環(huán)境濕度適宜-PLC工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于85%(無凝露)，以保證PLC的絕緣性能。濕度太大也會影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。因此，不能將PLC安裝在結露、雨淋的場所?！　?.注意環(huán)境污染--不宜把PLC安裝在有大量污染物(如灰塵、油煙、鐵粉等)、腐燭性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。如果只能安裝在這種場所，在溫度允許的條件下，可以將PLC封閉;或?qū)LC安裝在密閉性較高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置?！　?.遠離振動和沖擊源--安裝PLC的控制柜應當遠離有強烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時可以采取相應措施來減輕振動和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動?！　?.遠離強干擾源--PLC應遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設備和大型動力設備等，同時PLC還應該遠離強電磁場和強放射源，以及易產(chǎn)生強靜電的地方?！　《?、合理的安裝與布線　　1. 注意電源安裝　　電源是干擾進入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵御能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環(huán)境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時，在安裝時還應注意以下問題：　　1) 隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾;2) 系統(tǒng)的動力線應足夠粗，以降低大容量設備起動時引起的線路壓降;3) PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤的信號。　　2. 遠離高壓　　PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應遠離高壓電源線。　　3. 合理的布線　　1) I/O線、動力線及其它控制線應分開走線，盡量不要在同一線槽中布線。2) 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。3) 開關量與模擬量的I/O線最好分開走線，對于傳送模擬量信號的I/O線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應一端接地。4) PLC的基本單元與擴展單元之間電纜傳送的信號小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋在同一線槽內(nèi)。5)PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端子或單股線，不宜用多股絞合線直接與PLC的接線端于連接，否則容易出現(xiàn)火花。6) 與PLC安裝在同一控制柜內(nèi)，雖不是由PLC控制的感性元件，也應并聯(lián)RC或二極管消弧電路?！　∪?、正確的接地　　良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件。為了抑制干擾，PLC一般最好單獨接地，與其它設備分別使用各自的接地裝置，如圖1(a)所示;也可以采用公共接地，如圖1(b)所示;但禁止使用如圖1(c)所示的串聯(lián)接地方式，因為這種接地方式會產(chǎn)生PLC與設備之間的電位差?！　?center>
　　良好的接地可以抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，避免偶然發(fā)生的電壓沖擊對PLC的危害。PLC的接地線應盡量短，使接地點盡量靠近PLC。同時，接地電阻應是越小越好，接地電阻要小于10Ω。另外，PLC的CPU單元必須接地，若使用了I/O擴展單元等，則CPU單元應與它們具有共同的接地體，而且從任一單元的保護接地端到地的電阻都不能大于10Ω。有條件的可以給PLC專用的接地線?！　∷?、必須的安全保護環(huán)節(jié)　　1.短路保護　　當PLC輸出設備短路時，為了避免PLC內(nèi)部輸出元件損壞，應該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進行短路保護。最好在每個負載的回路中都裝上熔斷器?！　?. 互鎖與聯(lián)鎖措施　　除在程序中保證電路的互鎖關系，PLC外部接線中還應該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運行，如電動機正、反轉(zhuǎn)控制，要利用接觸器KM1、KM2常閉觸點在PLC外部進行互鎖。在不同電機或電器之間有聯(lián)鎖要求時，最好也在PLC外部進行硬件聯(lián)鎖。采用PLC外部的硬件進行互鎖與聯(lián)鎖，這是PLC控制系統(tǒng)中常用的做法。　　3.失壓保護與緊急停車措施　　PLC外部負載的供電線路應具有失壓保護措施，當臨時停電再恢復供電時，不按下“啟動”按鈕PLC的外部負載就不能自行啟動。這種接線方法的另一個作用是，當特殊情況下需要緊急停機時，按下“停止”按鈕就可以切斷負載電源，而與PLC毫無關系?！　∥?、必要的軟件措施　　有時硬件措施不一定完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。　　1.消除開關量輸入信號抖動　　在實際應用中，有些開關輸入信號接通時，由于外界的干擾而出現(xiàn)時通時斷的“抖動”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會造成什么影響，但在PLC系統(tǒng)中，由于PLC掃描工作的速度快，掃描周期比實際繼電器的動作時間短得多，所以抖動信號就可能被PLC檢測到，從而造成錯誤的結果。因此，必須對某些“抖動”信號進行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。　　如圖2(a)所示，輸入X0抖動會引起輸出Y0發(fā)生抖動，可采用計數(shù)器或定時器，經(jīng)過適當編程，以消除這種干擾。如圖2(b)所示為消除輸入信號抖動的梯形圖程序。當抖動干擾X0斷開時間間隔Δt　　
　　2.故障的檢測與診斷　　PLC的可靠性很高且本身有很完善的自診斷功能，如果PLC出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢復正常工作。大量的工程實踐表明，PLC外部輸入、輸出設備的故障率遠遠高于PLC本身的故障率，而這些設備出現(xiàn)故障后，PLC一般不能覺察出來，可能使故障擴大，直至強電保護裝置動作后才停機，有時甚至會造成設備和人身事故。停機后，查找故障也要花費很多時間。為了及時發(fā)現(xiàn)故障，在沒有釀成事故之前使PLC自動停機和報警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理?！　‖F(xiàn)代的PLC擁有大量的軟件資源，如FX2N系列PLC有幾千點輔助繼電器、幾百點定時器和計數(shù)器，有相當大的裕量，可以把這些資源利用起來，用于故障檢測?！　?)超時檢測 機械設備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號，相應的外部執(zhí)行機構開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設定值比正常情況下該動作的持續(xù)時間長20%左右。例如設某執(zhí)行機構(如電動機)在正常情況下運行50s后，它驅(qū)動的部件使限位開關動作，發(fā)出動作結束信號。若該執(zhí)行機構的動作時間超過 60s(即對應定時器的設定時間)，PLC還沒有接收到動作結束信號，定時器延時接通的常開觸點發(fā)出故障信號，該信號停止正常的循環(huán)程序，啟動報警和故障顯示程序，使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類，及時采取排除故障的措施?！　?)邏輯錯誤檢測 在系統(tǒng)正常運行時，PLC的輸入、輸出信號和內(nèi)部的信號(如輔助繼電器的狀態(tài))相互之間存在著確定的關系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關系，一旦異常邏輯關系為ON狀態(tài)，就應按故障處理。例如某機械運動過程中先后有兩個限位開關動作，這兩個信號不會同時為ON狀態(tài)，若它們同時為ON，說明至少有一個限位開關被卡死，應停機進行處理?！　?.消除預知干擾　　某些干擾是可以預知的，如PLC的輸出命令使執(zhí)行機構(如大功率電動機、電磁鐵)動作，常常會伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，它們產(chǎn)生的干擾信號可能使PLC接收錯誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖?！　×?、采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)　　某些控制系統(tǒng)(如化工、造紙、冶金、核電站等)要求有極高的可靠性，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由此引起停產(chǎn)或設備損壞將造成極大的經(jīng)濟損失。因此，僅僅通過提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性是滿足不了要求。在這種要求極高可靠性的大型系統(tǒng)中，常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來有效地解決上述問題。　　1.冗余系統(tǒng)　　所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有多余的部分，沒有它系統(tǒng)照樣工作，但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，這多余的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。冗余系統(tǒng)一般是在控制系統(tǒng)中最重要的部分(如CPU模塊)由兩套相同的硬件組成，當某一套出現(xiàn)故障立即由另一套來控制。是否使用兩套相同的I/O模塊，取決于系統(tǒng)對可靠性的要求程度。　　圖3(a) 所示，CPU模塊使用相同的程序并行工作，其中一套為主CPU模塊，一塊為備用CPU模塊。在系統(tǒng)正常運行時，備用CPU模塊的輸出被禁止，由主CPU模塊來控制系統(tǒng)的工作。同時，主CPU模塊還不斷通過冗余處理單元(RPU)同步地對備用CPU模塊的I/O映像寄存器和其它寄存器進行刷新。當主CPU模塊發(fā)出故障信息后，RPU在1～3個掃描周期內(nèi)將控制功能切換到備用CPU。I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU來完成?！　?center>
　　2.熱備用系統(tǒng)　　熱備用系統(tǒng)的結構較冗余系統(tǒng)簡單，雖然也有兩個CPU模塊在同時運行一個程序，但沒有冗余處理單元RPU。系統(tǒng)兩個CPU模塊的切換，是由主CPU模塊通過通信口與備用CPU模塊進行通信來完成的。如圖3(b)所示，兩套CPU通過通訊接口連在一起。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由主CPU通知備用CPU，并實現(xiàn)切換，其切換過程一般較慢?！　∑摺⒔Y論　　PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題，在PLC本身的可靠性很高的情況下，影響控制系統(tǒng)可靠性的主要因素是輸入信號元件和輸出執(zhí)行元件。通過采用成熟技術和高質(zhì)量的輸入輸出元器件，合理配置PLC硬件和軟件資源，并充分利用PLC內(nèi)部軟元件設計PLC控制系統(tǒng)故障檢測與診斷程序，屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件誤動作，對關鍵元器件實行軟、硬雙重保護，就可以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地運行。