時(shí)間：2012年6月10日 來源：網(wǎng)絡(luò) 關(guān)鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 可靠性

　　PLC由于具有功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡介，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是高可靠性、較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，目前廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、輕工、電力、汽車等行業(yè)領(lǐng)域。PLC的應(yīng)用使得其所控制的設(shè)備、系統(tǒng)的效率與可靠性相對(duì)于單純的繼電器控制系統(tǒng)大大加強(qiáng)。雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)、外部元件損壞，影響系統(tǒng)的正常工作。為了提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題?！　∫弧⑦m合的工作環(huán)境　　1.環(huán)境溫度適宜--各生產(chǎn)廠家對(duì)PLC的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。通常PLC允許的環(huán)境溫度約在0~55℃。因此，安裝時(shí)不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方;PLC四周要有足夠的通風(fēng)散熱空間?！　?.環(huán)境濕度適宜-PLC工作環(huán)境的空氣相對(duì)濕度一般要求小于85%(無凝露)，以保證PLC的絕緣性能。濕度太大也會(huì)影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。因此，不能將PLC安裝在結(jié)露、雨淋的場所?！　?.注意環(huán)境污染--不宜把PLC安裝在有大量污染物(如灰塵、油煙、鐵粉等)、腐燭性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。如果只能安裝在這種場所，在溫度允許的條件下，可以將PLC封閉;或?qū)LC安裝在密閉性較高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。　　4.遠(yuǎn)離振動(dòng)和沖擊源--安裝PLC的控制柜應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈振動(dòng)和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動(dòng)。必要時(shí)可以采取相應(yīng)措施來減輕振動(dòng)和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動(dòng)?！　?.遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源--PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動(dòng)力設(shè)備等，同時(shí)PLC還應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。　　二、合理的安裝與布線　　1. 注意電源安裝　　電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。PLC對(duì)于電源線帶來的干擾具有一定的抵御能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)還應(yīng)注意以下問題：　　1) 隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾;2) 系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動(dòng)時(shí)引起的線路壓降;3) PLC輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)。否則可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)?！　?. 遠(yuǎn)離高壓　　PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個(gè)控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電源線?！　?. 合理的布線　　1) I/O線、動(dòng)力線及其它控制線應(yīng)分開走線，盡量不要在同一線槽中布線。2) 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。3) 開關(guān)量與模擬量的I/O線最好分開走線，對(duì)于傳送模擬量信號(hào)的I/O線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應(yīng)一端接地。4) PLC的基本單元與擴(kuò)展單元之間電纜傳送的信號(hào)小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋在同一線槽內(nèi)。5)PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端子或單股線，不宜用多股絞合線直接與PLC的接線端于連接，否則容易出現(xiàn)火花。6) 與PLC安裝在同一控制柜內(nèi)，雖不是由PLC控制的感性元件，也應(yīng)并聯(lián)RC或二極管消弧電路?！　∪⒄_的接地　　良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制干擾，PLC一般最好單獨(dú)接地，與其它設(shè)備分別使用各自的接地裝置，如圖1(a)所示;也可以采用公共接地，如圖1(b)所示;但禁止使用如圖1(c)所示的串聯(lián)接地方式，因?yàn)檫@種接地方式會(huì)產(chǎn)生PLC與設(shè)備之間的電位差?！　?center>
　　良好的接地可以抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，避免偶然發(fā)生的電壓沖擊對(duì)PLC的危害。PLC的接地線應(yīng)盡量短，使接地點(diǎn)盡量靠近PLC。同時(shí)，接地電阻應(yīng)是越小越好，接地電阻要小于10Ω。另外，PLC的CPU單元必須接地，若使用了I/O擴(kuò)展單元等，則CPU單元應(yīng)與它們具有共同的接地體，而且從任一單元的保護(hù)接地端到地的電阻都不能大于10Ω。有條件的可以給PLC專用的接地線。　　四、必須的安全保護(hù)環(huán)節(jié)　　1.短路保護(hù)　　當(dāng)PLC輸出設(shè)備短路時(shí)，為了避免PLC內(nèi)部輸出元件損壞，應(yīng)該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個(gè)負(fù)載的回路中都裝上熔斷器?！　?. 互鎖與聯(lián)鎖措施　　除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，如電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，要利用接觸器KM1、KM2常閉觸點(diǎn)在PLC外部進(jìn)行互鎖。在不同電機(jī)或電器之間有聯(lián)鎖要求時(shí)，最好也在PLC外部進(jìn)行硬件聯(lián)鎖。采用PLC外部的硬件進(jìn)行互鎖與聯(lián)鎖，這是PLC控制系統(tǒng)中常用的做法?！　?.失壓保護(hù)與緊急停車措施　　PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施，當(dāng)臨時(shí)停電再恢復(fù)供電時(shí)，不按下“啟動(dòng)”按鈕PLC的外部負(fù)載就不能自行啟動(dòng)。這種接線方法的另一個(gè)作用是，當(dāng)特殊情況下需要緊急停機(jī)時(shí)，按下“停止”按鈕就可以切斷負(fù)載電源，而與PLC毫無關(guān)系?！　∥濉⒈匾能浖胧　∮袝r(shí)硬件措施不一定完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。　　1.消除開關(guān)量輸入信號(hào)抖動(dòng)　　在實(shí)際應(yīng)用中，有些開關(guān)輸入信號(hào)接通時(shí)，由于外界的干擾而出現(xiàn)時(shí)通時(shí)斷的“抖動(dòng)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會(huì)造成什么影響，但在PLC系統(tǒng)中，由于PLC掃描工作的速度快，掃描周期比實(shí)際繼電器的動(dòng)作時(shí)間短得多，所以抖動(dòng)信號(hào)就可能被PLC檢測到，從而造成錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，必須對(duì)某些“抖動(dòng)”信號(hào)進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。　　如圖2(a)所示，輸入X0抖動(dòng)會(huì)引起輸出Y0發(fā)生抖動(dòng)，可采用計(jì)數(shù)器或定時(shí)器，經(jīng)過適當(dāng)編程，以消除這種干擾。如圖2(b)所示為消除輸入信號(hào)抖動(dòng)的梯形圖程序。當(dāng)抖動(dòng)干擾X0斷開時(shí)間間隔Δt　　

　　2.故障的檢測與診斷　　PLC的可靠性很高且本身有很完善的自診斷功能，如果PLC出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢復(fù)正常工作。大量的工程實(shí)踐表明，PLC外部輸入、輸出設(shè)備的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC本身的故障率，而這些設(shè)備出現(xiàn)故障后，PLC一般不能覺察出來，可能使故障擴(kuò)大，直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動(dòng)作后才停機(jī)，有時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。停機(jī)后，查找故障也要花費(fèi)很多時(shí)間。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，在沒有釀成事故之前使PLC自動(dòng)停機(jī)和報(bào)警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理?！　‖F(xiàn)代的PLC擁有大量的軟件資源，如FX2N系列PLC有幾千點(diǎn)輔助繼電器、幾百點(diǎn)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，有相當(dāng)大的裕量，可以把這些資源利用起來，用于故障檢測。　　1)超時(shí)檢測 機(jī)械設(shè)備在各工步的動(dòng)作所需的時(shí)間一般是不變的，即使變化也不會(huì)太大，因此可以以這些時(shí)間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號(hào)，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的設(shè)定值比正常情況下該動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間長20%左右。例如設(shè)某執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如電動(dòng)機(jī))在正常情況下運(yùn)行50s后，它驅(qū)動(dòng)的部件使限位開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出動(dòng)作結(jié)束信號(hào)。若該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間超過 60s(即對(duì)應(yīng)定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間)，PLC還沒有接收到動(dòng)作結(jié)束信號(hào)，定時(shí)器延時(shí)接通的常開觸點(diǎn)發(fā)出故障信號(hào)，該信號(hào)停止正常的循環(huán)程序，啟動(dòng)報(bào)警和故障顯示程序，使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類，及時(shí)采取排除故障的措施?！　?)邏輯錯(cuò)誤檢測 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PLC的輸入、輸出信號(hào)和內(nèi)部的信號(hào)(如輔助繼電器的狀態(tài))相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號(hào)，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就應(yīng)按故障處理。例如某機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中先后有兩個(gè)限位開關(guān)動(dòng)作，這兩個(gè)信號(hào)不會(huì)同時(shí)為ON狀態(tài)，若它們同時(shí)為ON，說明至少有一個(gè)限位開關(guān)被卡死，應(yīng)停機(jī)進(jìn)行處理?！　?.消除預(yù)知干擾　　某些干擾是可以預(yù)知的，如PLC的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如大功率電動(dòng)機(jī)、電磁鐵)動(dòng)作，常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號(hào)，它們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能使PLC接收錯(cuò)誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號(hào)，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖?！　×⒉捎萌哂嘞到y(tǒng)或熱備用系統(tǒng)　　某些控制系統(tǒng)(如化工、造紙、冶金、核電站等)要求有極高的可靠性，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由此引起停產(chǎn)或設(shè)備損壞將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，僅僅通過提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性是滿足不了要求。在這種要求極高可靠性的大型系統(tǒng)中，常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來有效地解決上述問題?！　?.冗余系統(tǒng)　　所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有多余的部分，沒有它系統(tǒng)照樣工作，但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，這多余的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。冗余系統(tǒng)一般是在控制系統(tǒng)中最重要的部分(如CPU模塊)由兩套相同的硬件組成，當(dāng)某一套出現(xiàn)故障立即由另一套來控制。是否使用兩套相同的I/O模塊，取決于系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求程度?！　D3(a) 所示，CPU模塊使用相同的程序并行工作，其中一套為主CPU模塊，一塊為備用CPU模塊。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備用CPU模塊的輸出被禁止，由主CPU模塊來控制系統(tǒng)的工作。同時(shí)，主CPU模塊還不斷通過冗余處理單元(RPU)同步地對(duì)備用CPU模塊的I/O映像寄存器和其它寄存器進(jìn)行刷新。當(dāng)主CPU模塊發(fā)出故障信息后，RPU在1～3個(gè)掃描周期內(nèi)將控制功能切換到備用CPU。I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU來完成?！　?center>
　　2.熱備用系統(tǒng)　　熱備用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較冗余系統(tǒng)簡單，雖然也有兩個(gè)CPU模塊在同時(shí)運(yùn)行一個(gè)程序，但沒有冗余處理單元RPU。系統(tǒng)兩個(gè)CPU模塊的切換，是由主CPU模塊通過通信口與備用CPU模塊進(jìn)行通信來完成的。如圖3(b)所示，兩套CPU通過通訊接口連在一起。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由主CPU通知備用CPU，并實(shí)現(xiàn)切換，其切換過程一般較慢?！　∑?、結(jié)論　　PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，在PLC本身的可靠性很高的情況下，影響控制系統(tǒng)可靠性的主要因素是輸入信號(hào)元件和輸出執(zhí)行元件。通過采用成熟技術(shù)和高質(zhì)量的輸入輸出元器件，合理配置PLC硬件和軟件資源，并充分利用PLC內(nèi)部軟元件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)故障檢測與診斷程序，屏蔽輸入元件的誤信號(hào)，防止輸出元件誤動(dòng)作，對(duì)關(guān)鍵元器件實(shí)行軟、硬雙重保護(hù)，就可以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。