PLC控制系统的可靠性研究

王爽 陈静

摘 要：随着社会的不断发展，各个生产领域对智能化水平、自动化水平的要求越来越高，这种形势下，PLC控制系统被越来越广泛的应用。实际应用中，PLC控制系统可靠性的保证十分必要。文章主要就PLC控制系统的可靠性设计进行分析，先简介了影响系统可靠性的原因，之后对PLC系统的软硬件进行了可靠性设计。

关键词：PLC；控制系统；可靠性分析；设计

引言

PLC系统不会因一项问题，而导致运转迫停，工作人员可利用系统这一具体特征，及时控制出现的问题，以此保障供电系统顺利运转。也可适当通过加载隔离性较好的设备或装置，将问题隔离予以解决。而对于比较常见的错误引号问题，应实时监管信号，并将信号控制在规范范围内。

1 PLC控制系统可靠性降低的原因

1.1现场输入信号出错

PLC控制现场输入信号出错的主要原因是设备故障，例如信号传输线、机械开关和机械触点这三个零部件上容易出现问题。首先是信号传输线，在平时的操作中，传输信号线会出现经常性的拉扯，长此以往，信号线就有可能无法正常工作，同时在日常的维护中，如果没有进行定期的维护与更换，可能会出现传输线老化或者被老鼠等啃噬，造成传输线短路或断路，导致现场信号无法通过传输信号线传递给PLC。其次机械开关和机械触点长时间操作出现磨损和损坏，不及时更换也会影响现场输入信号的准确性。

1.2造成执行机构出错的主要原因

首先因为控制变频器自身出现故障。控制变频器的工作职能是根据PLC发出的指令进行整个机器设备的频率调整，如果控制变频器出现故障，虽然收到了PLC发出的指令，但是自身却没办法将指令发送出去，也就是说变频器所带的电动机无法执行工作，就会造成执行机构出错。控制负载的接触器如果出现故障，也会造成执行机构不能按要求完成指令中规定的动作。此外，其他的一些零部件也有可能使执行机构出错，例如电动阀、电磁阀等。

2 PLC控制系统可靠性设计应遵循的原则

首先，实际设计过程中应遵循质量控制原则。所谓质量控制原则，指的是应当使系统中每个设备元件质量均能够得到较好保证，对于相关设备元件应当正确进行选择及使用。这在提升整体控制系统可靠性方面属于关键因素。在系统实际设计过程中，若使用的相关设备元件不合理，必然会导致控制系统无法发挥出较好的效果。所以，实际设计过程中，应当正确计算相关设备元件，较好地保证其安全性。要与电气设备运行环境及条件相结合，选择一些性能较稳定、安全性较高的高质量设备元件。

其次，实际设计过程中应遵循简化设计原则。在PLC控制系统实际设计中，应当在符合控制标准的基础上，尽可能对其进行简化设计，尽可能减少所使用的相关设备元件数量及品种，并统一所使用的元件，降低控制系统复杂性和故障率，有效节约成本。就系统设计情况而言，所使用设备元件种类及数量越多，其系统故障发生的可能性越高，还会导致高的维修量。

最后，实际设计过程中应当遵循安全性设计原则。在PLC控制系统实际设计中，不但要完善相关常规保护环节，还应保护感性负载输出端子和独立运行继电器，对相关运行部件实行限位保护，在PLC系统有故障发生时进行急停保护。实际设计中，应积极完善相关方案，避免人员伤亡情况出现，减少设备损坏发生率，这在系统安全可靠运行方面属于基本保障。

3 PLC控制系统硬件可靠性设计

3.1安装设计

PLC系统要置于密闭环境内，温度控制在0～55℃范围内，相对湿度不能超过85%，能够有效防止在温湿度变化、灰尘等影响下，导致PLC模板内部触点发生结露、粘连等现象。同时将不同类型模板分开放置，能够避免因电磁感应引起信号失真问题。分别对PLC和I/O电源、控制部分、动力部分进行配线，并用有屏蔽层的隔离变压器隔离PLC电源，具体如图1所示。

3.2系统接地

系统屏蔽接地过程中，应采取专用接地方法，接地线直径应小于2mm，接地电阻应小于10Ω。工作地和屏蔽地分开，避免相互干扰，特别是要做好传输介质与外部设备的屏蔽接地，和PLC系统使用相同的接地带，若是受到位置因素的影响，还需要做好接地处理，其电阻也不能超过10Ω，避免工模干扰为系统带来影响。

3.3輸入/输出端子保护

在输入/输出端子设计速断型限流保险，与接触器、电磁阀等感性负载线圈进行连接，同时并联浪涌抑制器或反向二极管，这样能够吸收浪涌电压。

4 PLC控制系统软件可靠性设计

4.1输入/输出信号可靠性设计

开关型传感器信号“去抖动”设计。将按钮作为输入信号，经常引起抖动，甚至产生瞬间跳动的情况，引起系统误动。对此，需要进行“去抖动”设计，具体如图2所示。根据触电抖动与系统响应速度，将定时时间确定下来，让触点在稳定断开/闭合进行执行。

数字滤波。数字滤波是在多次对模拟信号采样后，利用软件算法将最接近真值的数据提取出来的过程。数字滤波算法很多，经常用到的有中值法、比较舍取法和算术平均值法等。

4.2信息保护与恢复

在发生偶发性故障后，PLC内部信息并不会受到影响，在故障条件消失后，可以迅速恢复，确保系统能够正常运行。在PLC检测到故障条件后，将当前状态存入存储器中，软件配合封闭存储器，对存储器中的操作进行限制，防止将存储器信息冲掉。如此一来，当检测到外界环境恢复正常后，能够调整到故障出现前的状态，之前的程序工作可以正常进行。

4.3互锁功能设计

很多时候系统功能表内不会描述互锁功能，为让系统更加可靠，编程与硬件设计时需要充分考虑，同时加强配合。对PLC内部逻辑互锁而言，当外电路出现故障后将不再发挥作用，常见的有电动机正/反转接触器互锁，不能只依靠在梯形图中设置软件，这是由于当接触器主触点“烧死”造成线圈断电后，大功率电动机的主电路不会出现断开的情况。此时PLC输出继电器已经断电，常闭触点处于闭合状态，如果有反转控制指令，反转接触器将有电流通过，引起三相电源短路故障。为解决这个问题，在对方线圈控制回路中相互串接两个接触器的常闭辅助触点，从而有效发挥保护功能。

结语

在现代社会实际生产过程中，PLC控制系统的应用越来越广泛，并发挥着越来越重要的作用。在PLC控制系统实际运用过程中，为充分发挥其作用，应对其进行可靠性设计，从而较好地保证系统运行可靠性。因此，系统设计人员应当清楚影响系统可靠性的因素，准确把握其设计原则，合理设计，保证系统可靠性。

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