压力设备中安全PLC系统的设计及应用

翟瑞占 李英杰 李海明

摘 要：在工业生产领域，采取必要的安全措施保证人员、设备及环境的安全是非常有必要的。随着科学技术的发展，基于安全控制的PLC系统的研制和开发进一步标准化，当前，安全PLC系统已成为安全控制系统首选的设备。下面笔者就对压力设备中安全PLC系统的设计及应用做出简要分析。

关键词：压力设备；安全PLC系统；调试

安全PLC系统作为控制系统的核心设备，已广泛应用于工业生产领域，提高PLC的安全性对于保证系统各个部件在整体安全生命周期中可靠地工作具有重要作用。

1 系统硬件设计

若压力设备主电机功率较大，启动时会产生较大电流，干扰电网，干扰信号通过电网进入PLC系统，会影响系统的安全可靠运行。为降低电网干扰，主电机采用星-三角启动，同时接入PLC的电源应增加滤波功能。大功率感性负载的通断会引起火花，干扰PLC正常运行，基于此，采用消火花电路。直流电路可在负载并联续流二极管，交流电路可在负载并联阻容或压敏电阻。若压力设备离合器电磁阀和润滑油泵负载较大，可采用中间继电器对负载进行过渡。

对于安全PLC系统的硬件设备，必须保证系统出现故障时，压力设备仍能安全可靠地运行，并安全地停止运行。在设计过程中，应注意以下几方面：①压力设备的控制系统应增加除了PLC控制电路意外的冗余控制电路，比如可见触点的安全开关等；②在容易出现机械损坏、可能会产生安全事故的部位外部增加连锁回路，比如将电动机过载保护的连锁信号接在接触器回路上；③对于吨位较大的压力设备，根据实际情况设计一定数量的紧急停止按钮；④当前，PLC的人机交流工具是触摸屏，可在触摸屏上设置虚拟按钮，以节省控制面板空间，将压力设备压力检测信号、关键部件和元器件的检测信号作为PLC的输入信号，这样以来，压力设备的滑块位置、压力大小等都会在触摸屏上清晰显示出来，根据触摸屏记录确认压力设备是否处于正常运行状态，判断压力设备是否存在故障，以及时找出故障点，及时进行故障处理。

在PLC选型上，应系统化和通用化，尽量避免选用新出产品，而是应选用经得起市场考验的产品。对于高度压力设备控制系统的设计，应注意PLC能为压力设备的协调工作设备留有输入接口或输出接口。做好外围元件比如变频器按钮、接触器等的选型，以有效提升安全PLC控制系统的可靠性。另外，做好电气柜的布线，电气元件的走线和布局应遵循相互干扰最小、强弱电线分别走线的原则，弱电输出线、信号输入线应分开，若无法分开，则应采用屏蔽线使信号输入线可靠接地，电气柜内存在很多不同功能的线，应用颜色将这些先区分开来。

2 系统软件设计

组态软件即组态式监控软件指的是用户通过类似搭积木的方式完成自己所需要的软件功能，不需要编写计算机程序，能够通过计算机信号对自动化设备或设备运行过程进行监视、控制和管理。组态软件具有方式灵活、功能性强、运行安全可靠、接口开放等特点，能够适用于压力设备的控制系统中。

利用具有数据采集和监视控制功能的组态软件设计。在设备组态窗口选择适当串口通讯设备，添加主副调节器，对其属性进行正确设置，然后设置组态软件中数据变量设备通道的连接，实现PLC与组态软件的通讯，将PLC的串口驱动程序与组态软件的需求响应结合起来，使计算机能够快速响应PLC系统所发出的信号，进而实现对压力设备运行状态的监测和控制以及对监控数据的可视化处理。

3 调试与诊断

系统投入使用前，首先要检查压力设备是否存在故障，然后连接计算机与PLC接口，打开电源，对安全CPU和安全I/O、压力设备与PLC系统的通讯情况进行诊断，使用CRC校验，之后，将系统连接成串级控制系统，根据实际响应情况对编程软件中的设定值进行修改。若PLC与软件无法建立通信连接，可能是设置通信串口时未正确设置PLC实际地址；若无法建立通讯连接，检查PLC系统是否上电，拓展模块连接是否正常，电源指示灯以及RD数据接收灯显示是否正常，当电源指示灯或数据接收灯不亮，说明拓展模块自身存在问题，当两者都亮，可能通信参数的设置有问题；若通讯连接不可靠，其原因可能是通信距离过远、现场干扰过大、采样周期太短，为此，尝试缩短通讯距离，使用屏蔽线，改变采样周期。

4 结语

安全PLC系统采用了特殊设计，融合了较为先进的计算机技术、自动化技术、软件技术、通讯技术、故障诊断技术等，能够实现两个重要目标：其一是采用冗余的工作方式，即使元件失效，系统也不会失效，其二是失效总是在可预测范围内，一旦实现，系统将会自动进入安全模式，系统抗干扰能力强，可靠性高，适用于工业现场，对于提高压力设备运行的安全性、稳定性和可靠性具有重要作用。相信随着科学技术的不断进步，安全PLC系统的软硬件性能稳定性将会越来越好，压力设备的运行将会更加安全。

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