浅谈如何提高PLC控制系统的可靠性

云南省电子信息高级技工学校 云南 昆明 650000

一、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，会使控制系统的可靠性受到影响。

1.工作环境的要求。一般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；PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。

2.电源的要求。电源是干扰进入PLC的主要途径。PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。

外部电源是用来驱动PLC输出设备(负载)和提供输入信号的，又称用户电源，同一台PLC的外部电源可能有多种规格。外部电源的容量与性能由输出设备和PLC的输入电路决定。由于PLC的I/O电路都具有滤波、隔离功能，所以外部电源对PLC性能影响不大。因此，对外部电源的要求不高。

内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。因此，为了保证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求。一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或原边带低通滤波器的稳压电源。

在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：

(1)隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接，以控制串模干扰。

(2)系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备启动时引起的线路压降。

(3)PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。

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。接地线的直径应大于4mm，接地电阻一般应小于10欧姆。

(2)PLC的接线包括输入接线和输出接线。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。

4.PLC的I/O电路

(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。

(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)，在采取交流输入方式时，电容、电阻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，一般选择0.1μF电容和120Ω电阻；负荷容量在10VA以上时，一般选择0.47μF电容和47Ω电阻较适宜。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1A，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，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浪涌吸收器选择0.47μF电容和47Ω电阻。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，二极管也要靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍。

二、从PLC的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性

1.运行状况超时检测。为了提高PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束，则该定时器就即被清零，若程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间内就无法清零，此时PLC发出报警信号。在设计应用程序时，使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时，编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视，该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大时间，当启动该对象运行时，同时也启动该定时器，若该对象的运行程序在程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常，否则属运行不正常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形，定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002为动作完成信号，M2为报警或停机信号。假设被控对象运行程序完成一次循环需要50s，则定时器K，值可取510(T1为100ms定时器)。当X001=1时，被控对象运行开始，T1开始计时，如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。

2.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。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关对应的PLC输入地址分别为X001，X002，在两个信号不会同时为NO状态，如果他们同时为NO状态，就说明至少有一个限位开关被卡死，应该停机处理。在梯形图中，这两个限位开关对应的输入继电器的常开触点X001，X002串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继电器M0，当M0为NO状态时就发出报警信号或停机信号。

3.降级操作设计。降级操作是指在设计时，增加某些动作的手动操作，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。

三、结束语

PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些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。