探讨提高PLC系统可靠性的方法研究

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摘要：文章详细介绍了PLC控制系统的含义以及影响其可靠性的主要因素，结合玻璃行业针对影响PLC系统的这些因素总结了一些具体的解决措施，并且对提高PLC系统可靠性的方法进行探讨。

关键词：PLC系统可靠性

一、PLC系统的概念

PLC系统又称为可编程逻辑控制器，是由摸仿原继电器的控制原理发展而来的。伴随着计算机技术的不断进步，PLC系统的功能也在不断完善，而且由于PLC系统还具有很强的抗干扰能力，操作以及编程简单，系统性价比高以及运行可靠性好等优点，目前已经在工业生产当中大量推广应用。

PLC系统是一种专门用在工业自动化生产下的控制系统，而且用户事先已将将生产过程的一些工艺要求编制到控制程序里然后存入PLC系统的用户程序存储器当中，所以在通常情况下是不需要采取任何特殊措施就能够直接适应于工业自动化生产的环境，但如果是因为没有按照正规操作使用或者没有进行正当的保护设计、使用环境非常恶劣等情况下都有可能造成PLC系统内部信息的损坏，从而引起整个控制程序的紊乱，严重情况下还会导致系统内部元件的破坏直接影响到了系统运行的可靠性。因此本文就以玻璃生产为例探讨提高plc系统可靠性的方法研究。

二、提高PLC控制系统可靠性的措施

由于事先已经将玻璃生产环节当中的各个工艺要求编织成程序存入到PLC控制系统的存储器当中，所以对于提高PLC系统可靠性的研究应该对整个系统的软、硬件设计进行分析。

（一）输入与输出端子的保护

当输入或者输出端存在感性元件时就要施加相应的保护措施，具体分直流电路和交流电路两种情况。在直流电路中，应该在输入或者输出端并联续流二极管，如图1（a）所示。续流二极管的额定电流可以选择1A，额定电压则药大于电源电压的3倍；在交流电路中，应该给两端并联阻容器，如图1（b）所示。阻容器的电容可以选择0.1μF～0.47μF，额定电压要大于电源的峰值电压，电阻值可以选择51Ω～120Ω。通过对输入与输出端施加保护措施可以有效地防止两端存在的感性元件断开时产生强大的浪涌电流或者感应电动势从而对PLC系统输入或者输出端子以及内部电源造成损坏。

图1输入输出点的保护

另外当PLC系统输出端的驱动负载是交流接触器或者电磁阀这一类的元件时，则应该在输出端和驱动元件之间设置一个能够起到隔离作用的继电器（AC-SSR），如图2所示。

图2 电磁阀以及交流接触器的驱动电路

由图可知RH是一个金属氧化物压敏电阻，当电路断开时，RH可以吸收来自线圈中巨大的浪涌电流。通过大量的实践证明这种保护措施是非常有效的。

（二）PLC与传感器元件连接的保护

当PLC系统与两线式传感器相连接时，由于这类传感器的漏电电流很大，容易对PLC产生影响发出一些错误的信号，所以有必要在输入端并联一个旁路电阻进行保护，如图3所示。

图3输入设备有漏电电流时的接线

由图可知，R为旁路电阻，它的阻值可以根据公式推到为：

其中I为传感器的漏电电流，Ue为额定电压，Ie为额定电流，UL是PLC输入电压的上限值。

（三）安装可布线保护措施

PLC系统的电源应该经过隔离变压器供电，在这个过程中要安装滤波器过滤掉高额波，避免由于高额波产生的干扰。除此以外PLC系统还应该确保拥有良好、独立的接地装置，切忌与其它设备共用一个接地体。接地电阻应该小于100Ω，接地线的长度在20m以内。

PLC电源线、动力线以及I/O线应该放置在各自电缆管或者电缆槽中，线中心距应该大于300。模拟量输入/输出线应该进行屏蔽保护，屏蔽层的一端应该接地。

（四）短路、联锁、失压遇紧急停车保护措施

为了防止PLC系统出现负载短路，应该在每个负载的回路中加装熔断器。PLC系统功能表有时候并不要求有联锁、互锁的功能。但是为了确保PLC系统的可靠性，在程序编制以及硬件设计的过程中应该进行考虑。例如针对大功率电机，由于接触器主触点烧死，这时线圈断已经电，但主电路仍不断开，这时输出端是失电的，但如果给反转控制命令则反转接触器就会因为通电而导致三相电源短路的故障。而此时应该用硬接线将两个接触器的常闭接触点串联在对方线圈控制回路上，实现硬件的互锁，同时将这两个接触器的常开辅助点作为输入端引入PLC的输入口，在软件中把这两个输入点定义号以常闭方式传入对方的输出点线圈中进行保护。

（五）冗余系统保护

如果在玻璃生产过程中对PLC系统可靠性有较高的要求，就可以采用增加冗余系统这一方式。所谓冗余系统就是指PLC系统中的多余部分，在缺少它的情况下依旧可以正常运行，但如果出现故障，冗余系统则可以代替故障系统继续运行。具体可以通过硬件以及软件两种形式实现冗余系统保护：首先靠硬件实现的冗余系统保护是指，PLC系统中存在两个CPU模块其中一个为备用模块，它们执行相同的用户程序。主模块正常运行的情况下，备用模块则被禁止运行，而一旦主模块出现故障，则可以立即切换到备用模块进行运行，切换操作是由冗余处理单元进行控制的；而利用软件实现的冗余系统保护，系统当中也存在两个CPU模块，不同的是，进行模块切换时是利用相应的软件而不是冗余处理单元进行操作的。但由于备用一个冗余系统也就相应的增加了成本费用，所以如果玻璃生产过程中对PLC系统可靠性么有太严格的要求一般不提倡采用这种方法。

（六）故障检测程序的设计

在以往的生产过程中发现PLC外部输入，输出元件的故障率要远大于PLC本身的故障。所以要提高PLC系统的可靠性，处了在硬件进行必要的保护的措施以外，还需要在软件设计中增加故障检测程序。例如可以编制时间控制程序。由于PLC系统运行是按照存储程序的内容逐条进行的，系统控制工作循环的每一个步骤都有着相应的时间规定，一旦某个环节运行时间出现了问题，就会破坏整个生产，所以有必要设计时间控制程序，当系统出现问题时立即启动预警，然后程序可以停止正在运行的程序。

三、结束语

提高PLC控制系统可靠性的方式有很多，通过本文介绍的几种有效措施，可以很好地提升玻璃生产当中PLC系统操作的稳定性。总之要提高PLC系统的可靠性就要在实际的生产过程中，充分考虑各个环节产生的不利因素，采取相应的解决措施，从而使PLC更加安全、更加可靠的运行。

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