2023年浅谈PLC系统可靠性的提高方法.doc

浅谈PLC系统可靠性的提高方法 孔祥伟1 姚成乾2 (1、2永城职业学院, 河南省永城市 476600) 【】: 提高PLC 控制系统可靠性,本文从硬件电路和软件编程两个方面，简要论述了提高PLC 控制系统可靠性、稳定性、安全性的几种解决措施和实现方法。 【关键词】: PLC; 可靠性；硬件；软件 1 前言 PLC专门为工业自动化控制而设计的, 大多处在震动大、灰尘多、酸碱腐蚀性强、电磁干扰强等恶劣环境中，存在着各种各样的干扰源，可能对PLC工业自动化控制应用系统产生干扰。要提高PLC 控制系统可靠性, 一方面要求PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力即软件编程, 另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中多方配合解决问题, 有效地增强系统的抗干扰性能是关系到整个系统可靠运行的关键。 2 硬件解决方法 工业自动化控制系统的可靠性在很大程度上依赖于硬件电路的设计和软件编程, 其中包括PLC 的使用环境、安装、电源、输入、输出电路等。 2.1 PLC 的安装环境 PLC 在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和元件措施, 可直接在工业环境中应用。目前PLC 的整机平均无故障工作时间一般可达5～10 万小时。但工作环境过于恶劣或安装使用不当时, 可靠性会大大的降低。PLC可工作在-25℃ ～65℃环境下，安装时不要把发热量大的元件放在PLC下面，PLC四周通风散热的空间应足够大，开关柜上、下部都应有通风的百叶窗。为保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度一般应小于85％ 。应使PLC远离强烈的振动源。可以用减振橡胶来减轻柜内或柜外产生的振动的影响。为隔离空气中较浓的粉尘、腐蚀性气体和烟雾，在温度允许时可以将PLC密封，或者将PLC安装在密闭性较好的控制室内，并安装空气净化装置。 2.2 PLC合理的系统供电及正确的接地 通常，由于PLC抗干扰的能力很强，只需将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，但在干扰较强或可靠性要求较高的场合，动力局部、控制局部、PLC和输入/ 输出〔I/O〕局部应分别配线，加接一个带屏蔽层的隔离变压器给PLC 供电。隔离变压器的一次侧应接交流380V，以防止地电流的干扰。如图1所示为一种常用的供电方式。此外，PLC的I/O线与系统控制线应分开布线，并保持一定的距离，交流线与直流线、输入线与输出线最好都分开走线。开关量与模拟量的I/O 线最好也分开敷设，传送模拟信号的线最好采用屏蔽线。 在实际工业自动化控制系统中,接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方法。在设计中将接地和屏蔽正确的结合起来使用,可以解决 大局部干扰问题。PLC 系统接地的根本原那么是单点接地, 为了抑制附 加在电源及输入/输出端的干扰，PLC应采用专用接地，并且接地点要与其它设备分开，如图2〔a〕所示。假设没有这种条件，也可以采用公 图 图1 PLC系统供电 共接地，如图2〔b〕所示，但不准采用与其它设备串联接地方式，如图2〔c〕所示，因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地电阻一般应小于100 Ω，接地点应尽可能靠近PLC。 图2 PLC接地 2．3抑制输入/输出配线引入的干扰 输入端或输出端接有电感元件时,应在它们两端并联续流二极管(对于直流电路)或阻容电路(对于交流电路) ,以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。如图3所示。电路中电阻可以取51Ω～120Ω,电容可以取0. 1uF～0. 47 uF,电容的额定电压应大于电源峰值电压,续流二极管可以选用1A的管子,其额定电压应大于电源电压的3倍。 图3　PLC输入/输出电路的处理 如果输入信号由晶体管提供,其截止电阻应大于10KΩ,导通电阻应小于800Ω。当接近开关、光电开关这一类两线式传感器的漏电电流较大时,可能出现错误的输入信号,可以在输入端并联旁路电阻R,如图4所示。 图4　PLC输入电路的旁路 此外,为了抑制输入/输出电路引入的干扰,还要注意以下几点: (1)开关信号不容易受外界干扰,可以用普通单根导线传输。 (2)数字脉冲信号频率较高,传输过程中易受外界干扰,应选用屏蔽电缆传输。 (3)模拟信号是连续变化的信号,外界的各种干扰都会叠加在模拟信号上而造成干扰,因而要选用屏蔽线或带防护的双绞线。如果模拟量I/O信号离PLC较远,应采用4～20mA或0 ～10mA的电流传输方式,而不用易受干扰的电压信号传输。 (4)对于功率较大的开关输入/输出线最好与模拟输入/输出线分开敷设。 (5) PLC的输入/输出线要与动力线分开,距离在20cm以上,如果不能保证上述最小距离,可以将这局部动力线穿管,并将管接地。决不允许将PLC的输入/输出线与动力高压线捆扎在一起。 (6)应尽量减小动力线与信号线平行敷设的长度,否那么应增大两者的距离以减少噪声干扰。一般两线间距离为20cm。当两线平行敷设的长度在100～200m时,两线间距离应在40cm以上;平行敷设长度在200～300m时,两线间距离应在60cm以上。 (7) PLC的输入/输出线最好单独敷设在封闭的电缆槽架内,线槽外壳要良好接地,不同类型的信号,如不同电压等级、不同电流类型的输入/输出线,不应安排在同一根多心屏蔽电缆内,而且在槽架内应隔开一定距离安放,屏蔽层应接地。环境温度高时, 额定负载电流相应减小。 3 软件编程提高系统可靠性 要及时、准确、全面的判断系统故障的来源，并消除事故隐患通过软件方法设计一些程序，可以消除输入/ 输出元件的误信号和误动作，提高系统的可靠性、容错性。 3.1输入故障报警编程 实践证明，在软件设计中增加故障检测程序是抑制PLC由PLC外部元件引发控制系统故障的有效方法。例如，某行程控制系统，为检测前进端在驱动前进输出1 秒是否正常工作，并检测在不满10 秒的机械中连续运行模式确定后，在机械的1 周运行过程中动作的开关是否正常工作，可以进行如下的编程，如图5 所示。M8000驱动特殊辅助继电器M8049，使监视器有效。当Y000 有输出，如果前进端X000 在1 秒钟内不动作，或当连续运行模式开关X003启动，而10秒内动作开关 X004 不工作，这时信号报警状态继电器S900 或S901会立即动作，只要S900 或S901 有一个为ON，那么M8048立即动作，故障表示输出Y010被驱动。当Y010被驱动后，PLC 立即发出报警信号并停机待查。而通过S900、S901 也可立即判断出所出故障点。 图5 输入故障报警 3.2 执行机构故障判断编程 当工业自动化控制现场的信号正确地输入给PLC后，PLC将输出结果通过执行机构对对象进行控制。如果执行机构发生故障，应当能立即判断出来。例如，当对象由接触器控制时，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这也是PLC 控制系统可靠运行的一个重要方面。针对这类问题，采用如图6 所示的程序可较好地解决。图中X000为接触器动作条件，Y000为控制输出，X001为引回到PLC输入端的接触器常开触点，定时器T0定时时间大于接触器动作时间，M0为设定的故障信号，其为ON 时表示有故障，作报警处理；其为OFF 时表示无故障。M0 为ON 后，启动Y001，PLC 发出报警信号并关机检修。 图6 执行机构故障报警 故障具有记忆功能，由故障复位按钮X005 去除。例如检测某一电动阀门的动作，那么当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间 不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号。如果这些信号不能准确地返回给PLC，即可说明电动阀可能有故障，应做报警处理。这里，X000 为阀门开启条件，Y000开启信号输出，驱动阀门 动作，X001为阀到位返回信号，M0 为设定的故障信号[3、4]。Y001为驱动报警蜂鸣器输出信号。 4 总结 在使用安装PLC进行工业控制时，提高PLC 控制系统的可靠性的措施还很多，本文对影响PLC 控制系统可靠性的主要因素进行了较为详尽的分析，从硬件电路和软件编程两方面，研究探讨了提高PLC 控制系统可靠性的方法和措施。随着PLC的应用越来越广泛，影响PLC控制系统工作可大提高系统的工作可靠性。 参考文献 [1]刘洪涛，黄海. PLC应用开发从根底到实践[M]. 北京：电子工业出版社，2023 30-32 [2]陆建国.工业电器与自动化[M].北京：化学工业出版社,2023 46-48 [3]殷洪义. 可编程控制器选择设计与维护[M ]. 北京:机械工业出版社, 2023 50-53 [4]吴小洪等. PLC 软元件在电气系统可靠性设计中的应用[J]. 电工技术杂志，2023,〔2〕：24-26 [5]刘洪涛，黄海. PLC应用开发从根底到实践[M]. 北京：电子工业出版社，2023 23-25 作者简介：孔祥伟、男、1979-、河南省永城市、教研室主任、助教、电气工程、永城职业学院 ：476600　河南省永城市学府路永城职业学院矿业工程系 联系 ：13938941105