预防PLC误动作的研究

2014-12-28聂辉

重庆科技学院学报（自然科学版） 2014年5期

聂辉

(湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲 412007)

PLC因其具有诸多优点而被控制领域广泛应用。虽然PLC比当今其他工业控制器具有更高的可靠性，但其对工作环境、安装及维修等有要求，仍具有预防其误动作的必要性。业内人士［1-3］虽对预防PLC误动作有所研究，但这些研究大都侧重于某一个技术方面，还需要就技术和管理方面进行综合研究。

1 引起PLC误动作的主要因素

引起PLC误动作的主要因素有内部因素与外部因素。内部因素是PLC的固有因素，外部因素是指PLC外围设备、工作环境等外来影响。

1.1 内部因素

内部因素可分为:工作原理因素、组成结构因素、制造工艺、技术因素以及系统程序因素等。

(1)工作原理因素。如在高速控制系统中，PLC的串行扫描与成批输出工作方式所造成的内部软元件动作误差给误动作埋下隐患［1］。PLC执行串行扫描工作方式时，其输入、输出信号间的逻辑关系存在原理的滞后，扫描周期越长，这种滞后就越严重。输出时，PLC须将当前输出状态、处理结果放在输出映象存储器中，只有在执行程序结束指令或PLC下次扫描程序前，才将此存储器的内容由输出锁存器成批输出到PLC的外部端子。PLC执行成批输出工作方式时，使输出继电器在执行用户程序指令END前不能即时输出，只能在执行用户程序指令END之后才能成批输出，这就引起了即时输出与成批输出的时间误差，给PLC埋下了误动作的隐患。

(2)组成结构因素。PLC内部的组成结构虽然较为合理，但对于高速控制系统也有美中不足之处。如PLC输入输出信号都经过光电耦合器、继电器等进行隔离，这种隔离使输入输出电路增大了惯性，使输入输出响应滞后，给软元件触点动作带来时间误差［1］。

(3)制造工艺和技术因素。PLC作为自控系统核心的控制部件，对其制造有特别高的要求。若内部的元器件布局不合理，则会造成内部信号相互串扰以及线路存在的电容性元件引起寄生振荡。若整个系统的地线处理不当，则会形成内部干扰源，直接干扰PLC正常工作，从而引起PLC误动作。

(4)系统程序因素。若系统程序出问题，必然导致PLC误动作。

1.2 外部因素

引起PLC误动作涉及诸多外部因素，如外围设备、系统安装与布局、工作环境和维修保养等因素。

(1)外围设备因素。PLC外围设备异常，容易成为干扰源和引起PLC误动作。这种干扰源包括电源电压波动和高次谐波的干扰;开关通断的高、低频干扰;动力感应电势引起的干扰;其他设备通过电容耦合串入PLC而引起的干扰等。除此之外，按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧，接触器、继电器以及电磁铁等的线圈感性负载断开时产生的浪涌电压，外界的设备杂乱的无线电波信号等也是PLC干扰源的一部分，也能引起PLC误动作。

(2)系统安装布局因素。PLC系统须安装在合适的位置，若它离高频设备或大功率设备太近，则这些设备的干扰容易引起PLC误动作。电源线、信号线和控制线须合理布局，若I/O线与控制线无适当距离或动力线与控制线一起敷设，则为PLC误动作埋下了隐患。接地系统安装与误动作也有着直接的关系。良好的接地系统是PLC控制系统安全稳定运行的重要条件，很多PLC控制系统运行中出现的故障往往是由于系统接地不好引起的。

(3)工作环境因素。虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制器，但当其工作环境的温湿度太高、有害气体和粉尘太多以及干扰太强，都易引发PLC误动作。

(4)维修保养因素。维修保养是预防PLC误动作的重要工作之一。如对PLC传输信号线故障不及时进行修复，则现场信号无法传送，PLC不能按控制要求进行动作，容易发生误动作。

2 预防的原则

预防PLC误动作是一项复杂的系统工程。为做好这项工作，须坚持预防为主、统筹综治以及以人为主的原则。

(1)预防为主的原则。坚持预防为主原则的原因:一是PLC误动作的严重危害性。PLC一旦误动作，就使控制系统无法正常工作，同时还对人身和设备带来很大的安全威胁。二是误动作因素的多样性。三是误动作的偶发性。误动作虽然有某些规律，但实际发生的时间、原因、危害程度等难以预测，只有针对可能引起误动作的所有原因都采取相应的预防措施。

(2)统筹综治的原则。对于引起PLC误动作的诸多因素，统一筹划预防方案，并综合各种措施进行全面预防。否则，这种预防将会顾此失彼，误动作将会防不胜防。

(3)以人为主的原则。在现代化生产中，人与设备是不可分离的统一体。但人与设备不是等同关系，而是主从关系，人是主体，设备是客体。因此，对PLC误动作的预防和控制需要坚持以人为主的原则。

3 预防PLC误动作的措施

预防PLC误动作可采取2种措施:即管理措施和技术措施。

3.1 管理措施

由于PLC的误动作相当一部分是由管理不善引起的，因此，预防PLC误动作必须采取切实有效的管理措施:(1)把好选用合适且合格的产品关。由于PLC及其外围设备的功能、性能以及完好状态直接决定控制系统的可靠性，因此要选用合适且合格的PLC及其外围设备。(2)把好安装布局关。由于PLC及其外围设备的运行品质都与它们的安装布局有着密切的关系，因此安装布局必须按严格的标准和规范进行。(3)把好环境关。对温度、湿度太高、粉尘太多、振动太大、干扰太强的环境及时进行改造。(4)把好人员素质关。安排技术水平高和责任感强的人员担任相关工作。(5)把好安全操作规程关。规范操作行为，保证安全使用。(6)把好检查关。通过检查及时发现问题并将PLC误动作封杀在萌芽状态。(7)把好日常维护关。(8)把好修理关。(9)把好设备的更新改造关。

3.2 技术措施

3.2.1 针对内部因素的技术措施

(1)针对PLC工作原理的技术措施。对于预防PLC串行扫描和成批输出工作方式所引起的误动作，其技术措施一般是合理编程［4］。编程时必须注意PLC梯形图虽与传统继电器的控制电路图有某些相似，且PLC软元件也有相当一部分冠以继电器名称，但PLC的工作方式与传统继电器截然不同，不能用传统继电器控制的思维方式处理PLC编程问题。

(2)针对PLC组成结构的技术措施。PLC一旦成为产品投放市场，用户就不能改变其内部的组成结构。要解决因组成结构带来的误动作问题，只有在合理编程和限制使用频率这2个方面采取技术措施［4-5］。

(3)针对制造因素的技术措施。PLC制造因素决定自身的性能。针对制造因素采取的技术措施，就是反复筛选PLC及其外围设备，选性价比高的产品。选择的技术标准虽然有时会因人而异，但基本的几个技术指标，如功能、性能以及输入输出点数等是选择PLC的基本依据。

3.2.2 针对外部原因的技术措施

(1)优化外围设备配置。PLC控制系统需要配置性能优良的外围设备。若输入设备因品质低劣引起输入信号错误，则必然引起PLC输出错误。若输出元器件品质低劣，则PLC的被控设备就会失控。因此，在选好PLC的同时，还要选好各种外围设备。这种外围设备不仅包括PLC直接驱动的被控设备，如电磁阀、报警器等，也包括输入的元器件，如输入继电器、传感器等。

(2)优化环境。优化环境的主要措施是减小或消除干扰、降低高温和高湿、减少或消除粉尘等。减小或消除干扰是优化环境的重点和难点。首先要对电源干扰采取措施。电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可在PLC的交流电源输入端连接电源干扰处理电路［6］，如图1所示。其次是对感性负载干扰采取措施。即在直流输出电路感性负载的两端并联续流二极管，在交流输出电路感性负载的两端并联阻容电路，如图2所示。接着是对外来强烈干扰采取隔离措施，即用光电耦合器、输出继电器以及光电晶闸管等器件来实现对外部信号的隔离。

(3)优化安装布局。优化安装布局是预防PLC误动作的重要措施之一。它涉及的主要方面是PLC的安装地点与位置、各种线路的布局与走向、接地系统的布局与安装等。合适的安装地点与位置是预防PLC误动作的基本条件。对于一般的PLC来说，安装地点的环境温度和湿度都应保证在一定范围内。安装位置无振动或有减振措施。此位置还要避开强干扰源，若难以避开，也要尽量远离干扰源。安装地点要实现空气中无粉尘和有害气体，或有避免这类粉尘和有害气体的措施和设备。优化线路安装布局也是预防PLC误动作的重要措施之一。这种优化主要包括:电源线安装布局的优化，如动力电源线与PLC的电源线分别配线、隔离变压器与PLC电源之间采用双绞线连接、动力电源线足够粗以及有可能时对PLC采用单独供电回路等。信号线的选择与布局的优化，如信号传输距离较远时用屏蔽电缆、模拟信号和高速信号用屏蔽电缆、通信电缆用专用电缆(如光纤电缆)、I/O线与电源线分开走线并保持一定的距离等。控制线安装布局的优化，如控制线与电源线分开走线，并保持一定的距离等［7］。优化接地系统的安装布局同样是预防PLC误动作的重要措施之一。这种优化包括信号源接地时屏蔽层须在信号侧接地或在PLC侧接地、信号线中间接头时屏蔽层牢固连接并进行绝缘处理、多个测量点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接进行绝缘处理等。接地点尽量靠近PLC控制器，接地线尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，尽量缩短平行走线的长度等。