基于PLC控制系统可靠性运行分析

路鹏

（大庆石油化工工程检测技术有限公司化学分析室，黑龙江 大庆 163000）

1 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器的基础上发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。可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

2 PLC控制系统的主要特点

2.1 可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h 以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。

2.2 模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。

2.3 功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。

2.4 编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。

2.5 适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境 下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。

2.6 安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。

2.7 运行速度快随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它更符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。

2.8 总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。

PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的 进步。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需要。

3 导致PLC系统可靠性降低的原因分析

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

3.1 影响现场输入给PLC信号出错的主要原因：

3.1.1 造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害)，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。

3.1.2 点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。

3.1.3 现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

3.2 影响执行机构出错的主要原因：

3.2.1 控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。

3.2.2 控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。

3.2.3 各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

4 PLC控制系统可靠性提高的措施

4.1 利用软件编程提高系统工作可靠性

PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可有效的提高控制系统的可靠性、安全性，例如为了确保 PLC动作的可靠，在软件设计时根据需要使用动作优先程序。PLC程序设计的好坏，直接影响控制系统的性能和可靠性，完善的程序不但要满足现场工艺流程和系统控制的要求，而且还要根据需要选用软件编程的方法进行信号相容性检查，其中包括:开关信号之间的状态是否矛盾，模拟值的变化范围是否正常，开关量和模拟量信号是否一致，以及各个信号的时序是否正确等。采取时间故障检测法、逻辑错误检测法、联锁控制等方法，充分利用PLC的软、硬件资源，精心设计电路和编写程序，能极大的提高系统的可靠性。

4.2 外围电路和执行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率极低。而继电器、接触器、电磁阀等执行器件的故障率相对较高，这些元件本身发生故障时，PLC不会自动停机，直到故障造成了后果时才会被发现，对系统可靠性的影响很大。所以，一方面必须选用高质量的元器件来提高可靠性，另一方面，要充分考虑到故障发生的可能性，在电路设计和软件编程时对故障率较高的外围器件的工作状态进行反馈和检测，当有故障发生时，根据故障部位的重要性和对控制系统的影响，及时采取给出报警信息、自动停机等措施，避免造成严重后果。

4.3 加强 PLC控制系统可靠性的管理

4.3.1 维护管理

PLC控制系统的可靠性，其主要因素还是要做好后期的维护管理工作，维护设备主要部位：供电电源，外部环境、安装状态、电源(Ps)、中央处理单元(CPU)、信号模板(SM)及寿命元件输人、输出中间继电器等外围设备等。

4.3.2 人的管理

随着科技的发展，自动化的科学含量不断的提高。这将对工作人员的素质提出更高的要求。工作人员不但要熟悉设备情况、检修、规划和设计等；而且还要懂得计算机以及具有一定技术水平。因此，必须从人员的培训力度、培训方式和培训内容等着手。不断提高工作人员的业务素质和思想素质，才能胜任其工作岗位。

结束语

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提高。

[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.

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