PLC自动控制系统可靠性初探

【摘要】基于PLC的自动控制系统以其自身的优势正被广泛应用于工业生产领域，本文对该系统的可靠性进行了初步性的探究以及提高系统可靠性的设计理念和方法。

【关键字】PLC; 自动控制; 可靠性

【 abstract 】 based on PLC automatic control system with its own advantage is being widely used in industrial production areas, this paper analyzes the reliability of the system makes a preliminary study of sex and improve the reliability of the system design ideas and methods.

【 keywords 】 PLC; Automatic control; reliability

一前言

随着经济的快速发展，技术的更新与创新日新月异。PLC自动控制系统正越来越多地运用到工业现场控制当中。PLC，即可编程控制器，它是以微处理器为核心的通用工业自动控制设备，它面向控制生产过程、面向用户，对工业环境适应能力强，具有控制功能强、系统可靠性高、操作灵活方便、易于扩展、通用性强等一系列优点，在工业自动化、机电一体化、传统产业技术改造等诸多领域得到了相当广泛的应用。但是在恶劣的工作环境下、保护程序使用不当、意外危急情况下，都有可能影响PLC的正常运行，甚至损坏设备，导致生产和安全遭到影响，造成非必要的经济损失和人身安全事故的发生。因此，分析PLC自动控制系统的可靠性，进而提高其可靠性，对工业生产及技术创新都有非常重要的意义。

二PLC自动控制系统可靠性降低的主要因素

一个典型的PLC自动控制系统如下图所示。中央控制单元与下位机PLC之间用双绞线或光纤通讯方式，其取决于二者之间的距离。中央控制单元配有组态软件，用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警等。

虽然工业控制机和PLC自动控制系统本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关信号出现错误，模拟信号出现较大误差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能导致控制过程出错，造成重大的经济损失，甚至人身安全也受到威胁。影响PLC自动控制系统可靠性的主要原因有以下几点：

1、输入给PLC的信号出错

由于机械振动、线路自身老化等因素造成传输信号线短路或断路，传输线缆出现故障，现场信号无法传送给PLC，造成控制出现错误；机械触点抖动，现场机械触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然有其他防护措施，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，导致控制出错；机械开关自身出现故障，如触电接触不良，造成控制系统不能正常运行。

2、执行机构出错

PLC发出正确的动作指令，但控制负载的接触器不能完成可靠的动作，致使执行机构并没有按要求动作；控制变频器中变频器自身出现故障时，变频器所带点击电机并没有按照要求执行动作；执行机构中各种电动阀、电磁阀开关功能出现故障，该开的没能打开，该关的没能关，导致执行机构没能按照PLC的控制指令来动作，使系统无法正常工作，降低自动控制系统的可靠性。

3、PLC未能良好接地

由于PLC接地效果差，未能采用专用接地或共通接地，或接地点离PLC距离较远，都有可能导致PLC控制过程受到影响，导致PLC自动控制系统可靠性的降低。

要提高整个PLC自动控制系统的可靠性，必须从多方面出发，诸如设计完善的故障警报系统，系统良好的接地，提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性等，使PLC系统本身能排除故障或者提示工作人员排除故障，让系统安全、可靠、准确地工作。

三提高PLC自动控制系统可靠性的措施

1、设计并安装完善的故障报警系统

为了提高PLC自动控制系统的可靠性，我们在系统的设计中采用了3级故障显示与报警系统。1级故障显示系统设置在控制现场的各控制柜面板内，用指

示灯指示设备正常运行和显示故障情况，当设备正常运行时应指示灯亮，当设备运行有故障时，指示灯以1Hz的频率闪烁。为保证指示灯泡意外损坏而不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，在系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果有不亮的，即说明该指示灯已损坏，应立即更换，该按钮复位后指示灯回复到原工作状态。2级故障显示系统设置在中心控制室大屏幕监测显示器上，当设备出现运行故障时，可以文字方式显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，该故障亦被记录在历史事件表中。3级故障显示系统设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将以声、光报警方式提示工作人员，及时排除故障。在处理系统故障时，需将故障进行分类，有些故障比较严重，需停止系统运行；但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，可在系统运行中进行故障排除，这样可大大减少整个PLC自动控制系统停止运行的时间，提高系统可靠性的同时，还可减少不必要的生产损失。

2、确保输入信号的正确性

要提高现场输入给PLC信号的正确性，可采取以下措施：

（1）选用可靠性较高的电气元器件，减少由于传输信号线缆、各种开关和变送器等自身出现故障，造成传送信号线短路、断路或触电接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等的概率。

（2）鉴于PLC自动控制系统自身的特点，利用信号之间的关系来判断信号的可信度。例如，进行位移控制，两点之间的距离以及被控物体的运动速度均是已知的，如果这时限位开关送给PLC的信号和估算位移相差较大，则判断可能是限位开关出现故障，通过故障报警系统提示工作人员检查该限位开关。又如各储液槽有上下液位限位保护，当限位开关动作时传输信号给PLC，判断这个信号是否真实可靠，可以在梯形图中将此信号与槽液位计信号进行对比，如果液位计读数也在限位位置，说明该信号是真实可靠的；相反，若该液位计读数不在限位位置，判断可能是液位限位开关出现故障或传输信号线出现故障，同样通过报警系统提示工作人员进行维修，排除故障。

采用了上述措施之后，可大大提高现场输入给PLC的信号的可靠性，从而达到提高整个PLC自动控制系统的可靠性的目的。

3、提高执行机构的可靠性

当现场的信号准确地输入给PLC之后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行控制。如果执行机构出现故障时，负载将不能按要求动作，造成损失。最常见的执行机构是接触器和电动阀。

当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器应可靠吸合，停止时接触器应可靠释放，以保障接触器控制的执行机构准确运行。

当开启或关闭电动阀时，根据阀门开启、关闭的时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号。如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明电动阀可能有故障，由故障报警系统来显示，提示工作人员对其进行维修处理。

四结论

PLC自动控制系统的可靠性设计是一个复杂的问题，在设计和应用中应从多方面出发，具体问题具体分析，将系统的各个部分紧密联系起来，综合设计，采取科学合理的措施以提高系统的可靠性。

参考文献：

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