PLC PLC自动控制系统可靠性提升研究

赵 聪

（贵州大学，贵州贵阳 550025）

PLC PLC自动控制系统可靠性提升研究

赵 聪

（贵州大学，贵州贵阳 550025）

随着我国工业快速发展，各种自动化系统也在不断得以运用与完善，PLC自动控制系统结合了可编程控制器和继电器控制器的优点，形成一套完整的、自动化的控制系统。PLC自动控制系统由于在数据传输以及硬件设备使用的过程中易出错，从而降低PLC自动控制系统的可靠性，因此本文就如何提升PLC自动控制系统的可靠性展开论述。

PLC；自动控制系统；控制器；报警系统

典型的PLC控制系统是由一个中央控制单元进行控制，对所收集的信息进行分析，例如故障原因、动态查询等，当这些信息经过分析之后，中央控制单元会根据实际情况做出选用几台PLC的决定。事实上，可编程控制器本身就具有很高的可靠性，为什么PLC自动控制系统吸收了它的可靠性之后还不可靠呢？这主要是因为各个区域的合作与信息的传输、共享都是通过数字信号输入输出来实现的，如果数字信号在输入的时候出现错误，那么就可能造成输出结果出现错误。

1 控制系统可靠性降低的原因

1.1 造成现场输入给PLC信号出错的主要原因

造成现场输入给PLC信号出错的主要原因都是在设备故障上，主要是在传输信号线、机械开关和机械触点这三个零部件上出现问题［1］。

首先是传输信号线。在平时的操作中，传输信号线会出现经常性的拉扯，长此以往，信号线就有可能无法正常工作。同时在日常的维护中，如果没有进行定期的维护与更换，可能会出现传输线老化或者被老鼠等啃噬，造成传输线短路或断路，导致现场信号无法通过传输信号线传递给PLC。其次是机械开关。机械开关如果因为接触不良也不能很好地将信号传递给PLC，其中还有变送器，变送器反映的是现场的一个非电量的偏差数值，这个数值如果出现大幅度的错误，都有可能造成变送器不能正常工作，那么整个自动控制系统就会出现故障。最后是机械触电。一般来说，在PLC自动控制系统中机械触电只会闭合一次，但是如果机械触电出现抖动的情况，那么传输到PLC中央控制单元的数据就是机械触点闭合多次，所以这个指令自然会造成可靠性降低。虽然会有滤波电路进行微分指令，但是因为PLC的扫描时间过短，所以还是会有可能出错。

1.2 造成执行机构出错的主要原因

执行机构出错主要是因为零部件出现信号传输问题。首先因为控制变频器自身出现故障。控制变频器的工作职能是根据PLC发出的指令进行整个机器设备的频率调整，如果控制变频器出现故障，虽然收到了PLC发出的指令，但是自身却没办法将指令发送出去，也就是说变频器所带的电动机无法执行工作，就会造成执行机构出错。控制负载的接触器如果出现故障，也会造成执行机构不能按要求完成指令中规定的动作。此外，其他的一些零部件也有可能使执行机构出错，例如电动阀、电磁阀等。这些零部件在执行机构执行任务的过程中起控制作用，所以一旦有什么问题，电动阀和电磁阀等零部件不能有效地发挥作用，导致执行出错，那么整个执行机构就有可能深受影响，发生严重的故障［2］。

从上面的分析中我们可以看出，造成PLC出错的主要原因有两大类，一是数字信号传输出错；二是执行机构出错。因此，在实际操作中，不仅要关注信号传输问题，还应该检测执行机构是否出现错误。本文认为，要想真正地提高PLC的可靠性，仅仅在数字信号传输过程以及执行机构执行过程进行监督与检查是不够的，同时还应增加故障报警系统。

2 提高输入信号可靠性

2.1 电气元器件

从前面的分析中我们可以明确地看出，很多时候PLC自动控制系统出现故障都是因为各个元器件不能有效地工作而引起的。如信号传输线老化、被老鼠啃噬等造成信号线短路或者断路，从而不能进行正常的信号传输。再如在执行机构出现故障的时候，也有可能是因为控制变频器不能正常工作造成的。所以本文认为，在实际操作中，如果想要提高PLC自动控制系统输入信号的可靠性，就应该使用质量好的电气元器件，或者经常对电气元器件进行日常的维修与保养，使电气元器件尽可能不出现问题。从表面上来看这也许会增加企业的成本，但是从长远来看，这样的一个操作方式，必然会提高整个系统的工作效率，对企业而言也是有利的。

2.2 数字滤波

机械触点抖动是造成信号传输出错的一个主要原因。机械触点在使用时间久了之后就会出现这种情况，如果这样就进行更换的话，成本会增加很多。在实际操作中，有些使用者在机械触点的梯形图中增加数字滤波，在数字信号经过数字滤波梯形图时，只有当机械触点完全闭合之后，计时器才会根据触点的闭合情况进行记录，那么系统在这个时候就能够准确地做出反应，而不会出现记录出错的现象。

2.3 利用控制系统自身的特点来判断信号的可靠性

有时候仅仅通过观察，就可以知晓PLC自动控制系统是否出现故障。例如在判断位移控制的时候，因为两点之间的距离是已知的，那么在其他条件不变且不影响位移控制的时候，被控物体的运动速度已知，这时候的位移速度我们能够通过简单的计算得出来。如果这个时候PLC控制系统接收到信号指示，也就是通过位移开关传输的数字信息和我们估算的位移数据相差过大的话，那么我们应考虑一下是位移开关出现了问题，还是传输信号线出现问题，这个问题也是可以通过观察来判断。因为位移开关上有液位计度器，所以可以通过查看液位计度器的方式予以判断。如果液位计度数上的数据和估算数据一致，就应该首先考虑是不是信号传输线出错了。如果液位计度数和我们估算的数值不一致，或者说相差很大的话，那么我们应该首先考虑是不是限位开关出错了，根据故障报警系统的提示进行相应的维修，如果维修之后，故障仍然存在的话，我们再考虑是不是信号传输线出现了问题。

3 提高执行机构可靠性

3.1 接触器控制

在PLC自动控制系统中，一般通过接触器来控制负载，所以在考虑接触器控制是否存在故障时，我们主要是看接触器闭合后负载是否同时启动，而接触器释放时负载是否停止。图1中所示的梯形图是用来判断接触器是否能够可靠动作的一个传输线操作。

图1 接触器故障检测梯形图

如图1所示，X2、Y2、X3都是在接触器控制系统中起主要作用的三个零部件，这三个零部件分别起着控制、传输和辅助的作用。TIM011是一个计时器，这个计时器主要是起故障提示的作用。一般来说，在正常情况下，如果接触器正常运作的话，计时器上的时间应该和计算器断开的时间是一致的，但是如果计时器上的时间和接触器断开的时间不一致，就表明接触器出现故障，这时R1作为指示灯就会亮起，表示接触器出现故障，当工作人员或维修人员看到R1灯亮起的时候，就应明白接触器出现故障，需要进行维修。

3.2 电动阀门延时时间的设置

电动阀门故障检测同样是通过一个计时器来进行控制与提示的。如图2所示，TIM012是一个计时器。当电动阀门开启或者关闭时，需要给计时器设置一个延时时间。在图2中Y3位电动阀门，X4位阀门开启的条件，也就是说当X4闭合后，Y3就会运作。当Y3从开启到闭合的时间与计时器上的时间吻合时，传输到PLC自动控制系统的数据两者是一致的，那么就表明电动阀门是正常运转的。但是如果传输到PLC自动控制系统的数据出现不一致，主要是计时器的时间显示要比电动阀门到位时间长，那么就表明电动阀门出现故障，这时候信号指示灯R2就会亮起，从而提示工作人员或维修人员电动阀门出现故障，需要进行维修。

图2 电动阀门故障检测图

4 完善故障报警系统

前面提到，虽然造成PLC自动控制系统可靠性降低的原因主要是数字信号传输和执行机构故障，但是在这些故障出现前后，如果有故障报警系统进行提示或在检测维修的时候有故障报警系统提示，那么在平时的日常维修与保养中以及故障发生后的检测与维修中操作的难度都会大大降低，同时也能更加地节省成本，间接增加系统工作的时间，提高工作效率与运转效率。本文认为在PLC自动控制系统中可以设计三级故障报警系统，根据不同的故障，可以展现不同的功用。

4.1 一级故障报警设置

一级报警系统的作用是为了进行设备的日常检测，也就是在PLC自动控制系统的各控制面板上都装有一个指示灯。当控制器处于正常运行的状态，指示灯就会常亮，但是如果控制器出现故障的话，指示灯就以一种固定频率闪烁的方式提示工作人员或者维修人员该控制器已经出现故障，需要进行维修。但如果仅仅是依靠指示灯进行日常的监测，一旦指示灯出现问题，那么我们很难辨别究竟是指示灯坏了还是控制器出现故障，所以所有的指示灯都应该尽可能地采用并联的方式连接，并且在线路中还应该接入一个控制开关。当持续按该按钮时，所有的指示灯应该是全亮的，如果有指示灯不亮，就表明该指示灯出现故障。如果持续按该按钮，所有指示灯都是亮的，那么说明所有指示灯都是能正常工作的，当按钮复位后，所有指示灯又恢复到正常工作的状态。

4.2 二级故障报警设置

二级故障报警设置在控制室的操作平台上。控制室操作平台指示灯的工作原理和控制面板上指示灯的工作原理是一致，只是二级故障报警装置监控的是整个设备的工作状态，当设备的某一个零部件出现问题时，该部位的指示灯同样以一种同样频率的闪烁提醒工作人员或者操作人员设备已经出现故障，需要进行维修。同时，为了保证各指示灯不在出现问题的情况下工作，在各指示灯并联的同时也应该设有一个检测按钮，操作方式与运作原理和一级故障报警装置一致。

4.3 三级故障报警设置

三级故障报警设置在控制室信号箱内。三级故障报警系统检测的是整个系统的行为。当系统出现故障时，传输到信号箱内的信号就会与预先设定的信号不符，信号箱内的指示灯就会亮起，从而提示工作人员或者维修人员系统已出现故障需要进行维修。这里需要指出的是，因为这个是涉及整个PLC自动控制系统的，所以对一些严重故障或者是关系到整个系统是否能够正常运行的故障，在进行维修时，应让PLC自动控制系统停止工作，不然可能会发生安全事故或者使整个系统处于更糟糕的状态。如果只是一些小故障，故障的存在或者故障在维修的过程中并不会对整个系统的其他工作产生影响，那么就可以让PLC自动控制系统带故障工作，这样可以减少系统的停工时间，从而提高系统的效率。

5 结论

综上所述，PLC自动控制系统具有单个控制器不具备的众多优点，同时又能吸收其他控制器的优点，所以近些年来使用范围越来越广。但是在使用频繁的过程中，也出现了可靠性低的问题。本文对造成PLC自动控制系统可靠性低的原因进行分析，针对两大类原因提出了提高PLC自动控制系统可靠性的措施。最后根据实际操作中遇到的现象，提出了应该在自动化控制系统中增加一套故障报警装置，提高故障报警效率。

［1］马宗禹，郑宁.论PLC自动控制系统可靠性研究［J］.科技致富向导，2014（2）：7-10.

［2］董瑞龙，孙建平.PLC自动控制系统可靠性分析［J］.数字技术与应用，2014（9）：21-24.

［栏目责任编辑 邵冰欣 邮箱shaobx0729@163.com］

Discussion on the Reliability Im provementof Plc Automatic ControlSystem

Zhao Cong
（Guizhou University 550000）

Along with the fast development of industry in our country，all kinds of automatic systems also have continuous improvement and application，PLC automatic control system combined the advantages of programming controller and a relay controller，formed a complete set of automatic control system.Because PLC automatic control system in the process of data transmission and hardware using process tends to be wrong，thus reducing the reliability of PLC automatic control system.This paper discussed how to enhance the reliability of PLC automatic control system..

PLC；automatic control system；controller；alarming system

TQ085.4

：A

：1003-5168（2015）03-0067-3

2015-2-26

赵聪（1990.1-），男，在读硕士，研究方向：机械电子工程。