浅谈PLC控制系统的可靠性设计

张洪

摘 要：文章对PLC控制系统可靠性的影响因素进行了分析，对PLC控制系统的可靠性进行研究时，对相关的硬件以及软件部分都采取了相应的措施，同时，对控制系统中出现的干扰源以及优化措施都进行了探讨。

关键词：PLC控制系统；可靠性设计；干扰源；硬件措施；软件措施

引言

PLC控制系统在工业生产中应用比较广泛，其能够提高微电子器件的使用可靠性，其在应用过程中比机械触点的继电器更加具有可靠性。在工业生产中，生产环境通常比较复杂，因此，要对PLC控制系统的可靠性进行提高，对现场出现的不同情况进行有效地控制。在一般情况下，可编程控制器在生产现场以及使用中会出现很多的问题，主要是其中包含着很多的组成部分，这些部分在使用过程中经常会出现各种各样的问题，对各个部分的可靠性进行提高，能够更好的保证整个系统的可靠性，这样对工业生产也能进行保证。

1 影响PLC系统可靠性的干扰源

对PLC系统的可靠性进行影响，通常是干扰源的出现，一般分为内部干扰源和外部干扰源。内部干扰源主要来自于元器件在使用过程中经常会出现布局不合理的情况，导致内部出现信号干扰的问题。在PLC系统中，线路中也存在着电容性元件存在的情况，在使用过程中经常会出现振荡的情况。主要的外部干扰源来自供电电源中电压产生的波动，高次谐波会产生一定的干扰，在开关通断的情况下会形成高低频干扰，部分信号在产生过程中会形成感应电势，进而产生一定的干扰。很多的设备在使用过程中都要串入系统中，这样会产生电容耦合进而导致干扰问题出现。

干扰源的主要干扰途径经常是来自电源线、输入和输出线路以及空中等部位，供电质量下降过程会导致电源线上出现干扰的情况，同时，对PLC 的控制灵敏度也会影响。在PLC控制系统中，输入和输出系统中会出现一些问题，导致控制系统出现紊乱的情况，在出现空中干扰的情况下，PLC和CPU在使用过程中会出现操作失误的情况。

2 采取的硬件措施保证PLC系统的可靠性

2.1 抑制电源干扰

通常情况下，PLC系统的电源和供电系统的动力电源使用两个线路，在PLC系统中可以加入屏蔽隔离变压器。在一次和二次线圈中间放置屏蔽体，然后进行接地，能够避免出现线圈之间的直接耦合。

2.2 抑制线间干扰

在PLC控制系统中，存在着很多的线路，一旦出现问题会导致电磁感应和静电感应干扰。在系统中，对布线间距和线路的线圈有非常严格的要求，在布线方面也能更好地促进控制系统的运行。

2.2.1 地线的连接

对控制系统的接地方式进行正确的选择，能够避免受到干扰，同时也能促进系统的安全运行。在一般情况下，主要的接地方式有浮地式、直接式和电容式，因此，要的PLC系统的可靠性，可以采用直接式方式进行接地。

2.2.2 电源线、I/O线与动力线的连接

在PLC系统中，动力电缆通常都是高压大电流的线路，在使用过程中，系统的配线一旦出现比较接近的情况就会导致干扰情况的出现，因此，在进行布线时，要将PLC输入和输出线路和其他控制线分开，避免使用同一条电缆。在外部布线过程中，要对控制线缆、动力线路以及输入输出线路进行隔离。但是，在实际情况中，经常会出现使用同一线槽布线的情况，可以使用金属板将这几条线路进行隔离，然后将金属板进行接地操作。

2.3 抑制外围设备干扰

2.3.1 PLC的输入与输出端子的保护

PLC系统在使用过程中会出现输入和输出线路断开时产生较高感应电势的情况，这样对系统的运行会产生很大的冲击。在PLC系统中，驱动元件会和交流接触器的线圈进行接触，对提高PLC控制系统的可靠性有很大的帮助。

2.3.2 输入与输出信号的防错

为了减少PLC输入电流和外部负载电流能够采取并联旁路电阻的方式进行解决。

2.3.3 漏电流

在PLC系统中，接近开关和光电开关等线路式传感器能够对输出信号进行解决，漏电电流较大时，经常会产生误操作，这样就会导致PLC输入信号出现不能关断的情况。

2.4 抑制电磁干扰

在PLC控制系统中，电磁干扰的模式存在着不同的情况，可以分为共模干扰和差模干扰。其中，共模干扰在信号对地的电位差情况下比较常见，因此，在采用隔离性能比较差的配电器供电时，会出现共模电压较大的情况，在情况比较严重的时候电压会出现高达130V以上的情况。通常情况下，共模电压和差模电压的转换利用不对称电路来实现，这样对测控信号会产生很大的影响，情况比较严重时，会导致元器件的损坏。共模干扰的出现比较频繁，其在直流和交流电路中都会出现。信号两极间的干扰电压称为差模干扰，对于测量与控制精度都有极大的影响。为了避免出现电磁干扰，同时，提高PLC控制系统的可靠性，可以对出现的问题采取必要的措施进行预防，对干扰源进行抑制；对电磁干扰的传播途径进行切断；对设备的抗干扰能力进行提高。

2.5 安装中的抗干扰措施

PLC控制系统所处的环境对其自身的抗干扰能力也存在一定的影响。因此在安装时应注意：滤波器、隔离稳压器应设在PLC柜电源进线口处，不让干扰进入柜内，或尽量缩短进线距离。PLC控制柜应尽可能远离高压柜、大动力设备、高频设备。PLC控制柜要远离继电器之类的电磁线圈和容易产生电弧的触点。

3 采取的软件措施保证PLC系统的可靠性

3.1 输入输出信号的可靠性的提高

对于提高输入输出信号的可靠性主要有以下三种方法：开关型传感器信号的“去抖动”措施、数字滤波、以及指令冗余。

3.2 信息的保护和恢复

在PLC内部出现的偶发性故障不会对信息带来破坏，在故障消失以后信息就可以马上恢复，继续原来的工作。在对PLC设备中出现的故障进行检测时，要将其状态储存到储存器上，并且利用相应的软件对储存器进行封闭，这样能够避免出现储存信息丢失的问题，同时，也能避免外界对存储器进行操作。在PLC运行环境恢复正常以后，要使其回到正常的工作程序中。

3.3 互锁功能的设置

为了更好的提高系统的可靠性，对互锁功能要进行考虑，现在，对互锁功能的工艺还没有明确，因此，在硬件设计以及编程方面要更加重视。主要是因为PLC系统的内部逻辑上的互锁会在电路出现故障的时候失效，因此，对这方面的问题要格外重视。

3.4 故障检测程序的设计

PLC设备使用过程中，其本身出现故障的概率会低于外部的输入和输出元件，因此，在外部元件出现故障时，也不会导致整个设备出现自动停机的情况。要想提高整个系统的可靠性，要对故障检测程序的设计工作进行重视，提高软件的检测效率，同时，在检测方法上也要进行改善，可以应用时间故障检测法和逻辑错误检测法。

4 结束语

在PLC 控制系统中，主要由硬件和软件部分决定，因此，在对PLC 控制系统进行可靠性提高时，可以针对这两方面采取必要的措施，对相关的改进方式进行应用，在不断的实践过程中对可行性手段进行判断，能够对PLC系统的可靠性起到很大的作用。

参考文献

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