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由圖可見,PLC控制系統(tǒng)的故障主要發(fā)生在生產(chǎn)現(xiàn)場設備中，通常占系統(tǒng)故障的95%,.與PLC相接的生產(chǎn)現(xiàn)場設備的可靠性是影響PLC.控制系統(tǒng)可靠性的主要因素。

工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境條件往往比較惡劣，例如：極高的濕度和溫差變化、強腐蝕、高粉塵、劇烈的沖擊、振動以及各種工業(yè)電磁和聲光、輻射干擾等，都可能影響控制系統(tǒng)的正常工作。外界環(huán)境對ＰＬＣ控制系統(tǒng)受到干擾的主要途徑是電源線、輸入、輸出線和空間干擾。電源被干擾后,ＰＬＣ控制系統(tǒng)的供電質(zhì)量變差,引起ＰＬＣ控制失靈。輸入、輸出線被干擾后,出現(xiàn)輸入、輸出控制紊亂。空間干擾主要以電磁感應、靜電感應形式使ＰＬＣ的ＣＰＵ出現(xiàn)誤操作。因此,可以從以下幾方面著手,提高ＰＬＣ系統(tǒng)對抵抗外界干擾的能力。

1.1電源系統(tǒng)

電網(wǎng)的沖擊將直接影響到實時控制系統(tǒng)的精度和可靠性,有時電網(wǎng)的沖擊也將給整個系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。ＰＬＣ系統(tǒng)在其電源進線處最好設置隔離變壓器、浪涌防護器等保護設備,隔離變壓器的屏蔽層良好接地對抑制電網(wǎng)中的干擾信號有良好的效果。同時,輸入輸出電源線使用雙絞線,能減少電源線間的干擾;浪涌保護器可以抑制外部電路中的浪涌電流和尖峰電壓;而對一些特別重要的設備還可以分離供電系統(tǒng)、設置交流穩(wěn)壓器和ＵＰＳ電源等設備加以防范。

1.2輸入與輸出端子的保護

1.2.1輸入端的保護

ＰＬＣ輸入端最有效的保護方法是外加一級光電耦合器,一旦有高電壓侵入回路時,保護級光耦擊穿,輸入回路被隔離并得到保護。如同更換熔斷器一樣方便地更換損壞的光耦,故障就可得到及時排除。

1.2.2輸出端的保護

在通常情況下,ＰＬＣ的輸出驅(qū)動負載有交流和直流負載兩類。對交流負載的保護措施是并聯(lián)阻容吸收電路,以防止浪涌電流對ＰＬＣ輸出電路的沖擊;對直流負載的保護措施是并聯(lián)續(xù)流二極管,以防止關斷時反電勢電壓對ＰＬＣ輸入電路的沖擊。但是,當控制系統(tǒng)的交流用電設備較多(如變頻器、變壓器、ＰＬＣ共處于某一控制系統(tǒng))及系統(tǒng)的電磁干擾較強時,上述措施已無法有效地抑制干擾對ＰＬＣ及其輸出電路的影響。為此,當ＰＬＣ的驅(qū)動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈時,為了提高系統(tǒng)的可靠性,在ＰＬＣ輸出端與驅(qū)動元件之間增加過零型固態(tài)繼電器ＡＣ-ＳＳＲ。

1.3接地

系統(tǒng)接地對系統(tǒng)的屏蔽接地應采用專用接地方式,接地線直徑在2ｍｍ以上,接地電阻應≤10Ω。同時應將工作地與屏蔽地分開,以防止互相干擾。尤其應該注意的是外部設備及傳輸介質(zhì)的屏蔽接地,最好是與ＰＬＣ系統(tǒng)共用一個接地帶,如果由于位置等原因無法共用,也必須進行接地處理,且接地電阻也應≤10Ω,以防止由于共模干擾對系統(tǒng)的影響。接地線要采取獨立的方式,不能用與其它設備串聯(lián)接地的方式。ＰＬＣ電源線,Ｉ/Ｏ電源線,輸入、輸出信號線,交、直流線都應盡量分開布線。開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線,后者應用屏蔽線,并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線,并且要將屏蔽層接地。

1.4選擇合適的接線方式

現(xiàn)場信號線接入ＰＬＣ有兩種方式:單端和差動輸入方式。單端方式就是將信號線負極與ＰＬＣ系統(tǒng)的工作地(即通常所說的負極)接在一起,僅僅將正極接入ＰＬＣ模板的端子,這種接線方式的優(yōu)點就是節(jié)省硬件資源,但容易受到共模干擾,故在外界干擾比較大的地方不宜采用。所謂差動方式就是每一路輸入都獨立地接入ＰＬＣ系統(tǒng),這種方式對外界的干擾有較強的抵抗力,但端子的利用率較低,一個12位的1771 ＩＦＥ模擬量輸入模板只能接入6路信號,而用單端方式則可接入12路。因此需要根據(jù)現(xiàn)場的不同情況選擇不同的接線方式。

2 軟件抗干擾

對ＰＬＣ系統(tǒng)的軟件部分而言,它的可靠性主要是指軟件對錯誤信號的抵抗力、對設備故障的判斷力及對不同工況的適應能力等。因此,可以從以下幾個方面來提高軟件的強健性。 

2.1提高輸入信號的可靠性

ＰＬＣ系統(tǒng)對現(xiàn)場信號的響應速度大多以毫秒為單位,外界設備的微小變化,都會在ＰＬＣ控制程序中得到迅速的響應。而現(xiàn)場輸入信號,由于噪聲、干擾、誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，可能會產(chǎn)生瞬間的電平變化,例如當按鈕作為輸入信號時則不可避免產(chǎn)生抖動，輸入信號是繼電器觸點有時會產(chǎn)生瞬間跳動。這些輸入信號的變化被掃描周期中輸入采樣階段采樣，則會不可避免形成輸入信號的錯誤，引起系統(tǒng)誤動作，造成事故。因此須在信號輸入端設計定時器濾波電路，濾除這種瞬間產(chǎn)生的錯誤信號，從而提高系統(tǒng)抗干擾可靠性。

2.2增加鎖定邏輯,提高系統(tǒng)對設備故障的判斷能力。

ＰＬＣ在每個掃描周期中只在輸入采樣階段對輸入端的輸入信號狀態(tài)進行處理。在程序執(zhí)行階段,即使輸入狀態(tài)變化,輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變,這將使輸入的高頻率信號或窄脈沖不能得到處理[2]。在實際控制系統(tǒng)中,有一些傳感器主要是用來保護一些關鍵設備的,當某些工藝參數(shù)達到這些傳感器的設定值之后,這些傳感器向ＰＬＣ傳遞一個報警信號,使ＰＬＣ控制程序發(fā)出相應的控制命令,但存在這樣一個現(xiàn)象:當設備做出相應的動作后,工藝參數(shù)隨之恢復正常,傳感器不再發(fā)出報警信號。這樣就導致這些報警信號持續(xù)時間非常短,遠小于采集時間,導致無法采集到這個變化,因此也就沒有相應的報警顯示。表現(xiàn)為設備運行狀態(tài)發(fā)生變化,但不知道原因。為防止這種情況出現(xiàn)可以在ＰＬＣ程序中增加鎖定邏輯,當出現(xiàn)異常工況時,對異常情況進行鎖定,這就避免了當上述的現(xiàn)象發(fā)生時,無法得知具體的故障部位和故障原因,為判斷設備故障提供了一定的依據(jù)。

2.3跟蹤現(xiàn)場設備的動作時間,保護設備安全。

當ＰＬＣ控制程序向現(xiàn)場設備發(fā)出動作命令后觸發(fā)計時器動作(計時器的時長為設備正常執(zhí)行完命令所需時間),當設備在正常時間內(nèi)完成規(guī)定動作后,復位計時器;否則給出報警提示,提示設備可能發(fā)生故障,并停止該設備及關聯(lián)設備的動作,防止對設備造成損壞。

3結(jié)束語

ＰＬＣ控制系統(tǒng)的抗干擾可靠性設計是一項較為復雜的系統(tǒng)工程,它涉及以生產(chǎn)工藝流程、控制理論、硬件/軟件選型、儀表、傳感器、信號抗干擾、接地、防雷等多方面的知識。同時,還必須具備較為豐富的工程現(xiàn)場施工經(jīng)驗,才能夠設計出具有高科學性、高可靠性、高實用性的ＰＬＣ控制系統(tǒng)。實踐證明以上這些方法都對提高系統(tǒng)的可靠性起到了作用。

參考文獻:

[1] 熊幸明,PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計 [J].自動化儀表2004.4

[2]. 陳宇.1998.可編程控制器基礎及編程技巧[M].廣州:華南理工大學出版社.