提高PLC控制系统的可靠性研究

韦凤余

摘要：可编程序控制器是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物，并已成为自动化控制系统的基本装置。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。就三菱的F系列，据称其平均无故障时间已达30万小时。所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、输出器件中的接触、继电器和电磁阀等。

下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。简述了影响可编程序控制器控制系统可靠性的主要因素，并就可编程序控制器的工作环境、电源的要求、接地和连接线的方式、降级操作设计、控制系统的输入电路和输出电路与可编程序控制的软件程序编制等多个方面，提出了一些可行的方法和措施。

关键词：可编程序控制器;外围设备;软件程序;可靠性。

用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达3万～5万小时：而三菱的F系统，据称其平均无故障时间已达30万小时。所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器和电磁阀等。

1.从PLC外围设备来考虑提高PLC的可靠性

PLC是专为工业生产环境而设计的控制设备，当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强，湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系統的可靠性受到影响。

1.1 工作环境的要求

PLC工作的环境温度应在0⁰C-55⁰C的范围，并要避免太阳光直接照射;安装时要远离的热源，保证足够大的散热空间和通风条件;空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应避免安装在有振动的场所;对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装.。

1.2 电源的要求

不同的PLC产品，对电源的要求也不同，这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。

对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求以较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开，必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%-30%的余量。对由控制本身提供的真流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备的损坏。

1.3 接地和接线

（1）PLC的良好接地是正常运行的前提，在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地;如不能分开接地时，应采用共用接地;绝对禁止采用共通接地方法.如图1所示，接地点应尽可能靠近PLC，接地线的径应大于4mm，接地电阻一般应小于10欧姆

（2）PLC的接线包括输入线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m;在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。

1.5  PLC的I/O电路

图2  起，停控制线路    图3   起，停控制线路

（1）由于PLC是通过输入电路接受开关量|、模拟量等输入信号的，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性，比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件，在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。现以一个简单的起动、停止控制线路为例，图2和图3所示的是两个控制线路和它们对应梯形图，这两个控制线路的控制功能完全一样，按下起动按钮，输出动作;按下停止按钮，输出断开;但它们的可靠性不一样，假设输出断开为安全状态，那么图形3的可靠性要比图2的高，这是因为SBI、SB2都有发生故障的可能，而最常见的现象是输入电路开路。当采用图3电路时，不论SBI、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都安全状态，保证了系统的安全和可靠。

（2）在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管D（直流输入信号）.如图表4所示，在采取交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过试验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120欧姆;负荷容量在10VA以上时，一般选0.47微乏+47欧姆较适宜.要采取直流输入方式时，经试验得知，二极管的额定电流应选为IA，额定电压要大于电源电压的3倍^。

（3）在输出端有感性负载时，通过试验得知，若是交流负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47UF+47欧姆，如图5所示.CR愈靠近负载，其抗干效果愈好;若是直流负载场合，则在负载的两端并接续流二极管D，如图6所示.二极管也要靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍.

2：从PLC的软件程序来虑提高控制系统的可靠性

2.1逻辑错误检测

在系统正常运行时，可编程序控制器的输入、输出信号和内部信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编写一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为NO状态，就应该按故障处理。

2.2.降级操作设计

降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计，例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对 人员的伤害。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。

3结束语

PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有此客观因素也影响着控制系统的稳定性.通过采取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

参考文献：

[1] 廖常初.可编程控制器基础及应用.北京：机械工业出版社，2003.

[2] 三菱公司.FX2系列可编程序控制器使用手册.2001.

（作者单位：江苏省盐城市机关事务管理局）