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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(shè)備中，通常占系統(tǒng)故障的95%,.與PLC相接的生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)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(qiáng)腐蝕、高粉塵、劇烈的沖擊、振動(dòng)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(duì)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(yīng)、靜電感應(yīng)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(duì)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(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的精度和可靠性,有時(shí)電網(wǎng)的沖擊也將給整個(gè)系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。ＰＬＣ系統(tǒng)在其電源進(jìn)線處最好設(shè)置隔離變壓器、浪涌防護(hù)器等保護(hù)設(shè)備,隔離變壓器的屏蔽層良好接地對(duì)抑制電網(wǎng)中的干擾信號(hào)有良好的效果。同時(shí),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(hù)器可以抑制外部電路中的浪涌電流和尖峰電壓;而對(duì)一些特別重要的設(shè)備還可以分離供電系統(tǒng)、設(shè)置交流穩(wěn)壓器和ＵＰＳ電源等設(shè)備加以防范。

1.2輸入與輸出端子的保護(hù)

1.2.1輸入端的保護(hù)

ＰＬＣ輸入端最有效的保護(hù)方法是外加一級(jí)光電耦合器,一旦有高電壓侵入回路時(shí),保護(hù)級(jí)光耦擊穿,輸入回路被隔離并得到保護(hù)。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(shí)排除。

1.2.2輸出端的保護(hù)

在通常情況下,ＰＬＣ的輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載有交流和直流負(fù)載兩類。對(duì)交流負(fù)載的保護(hù)措施是并聯(lián)阻容吸收電路,以防止浪涌電流對(duì)ＰＬＣ輸出電路的沖擊;對(duì)直流負(fù)載的保護(hù)措施是并聯(lián)續(xù)流二極管,以防止關(guān)斷時(shí)反電勢電壓對(duì)ＰＬＣ輸入電路的沖擊。但是,當(dāng)控制系統(tǒng)的交流用電設(shè)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(qiáng)時(shí),上述措施已無法有效地抑制干擾對(duì)ＰＬＣ及其輸出電路的影響。為此,當(dāng)ＰＬＣ的驅(qū)動(dòng)元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈時(shí),為了提高系統(tǒng)的可靠性,在ＰＬＣ輸出端與驅(qū)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的屏蔽接地應(yīng)采用專用接地方式,接地線直徑在2ｍｍ以上,接地電阻應(yīng)≤10Ω。同時(shí)應(yīng)將工作地與屏蔽地分開,以防止互相干擾。尤其應(yīng)該注意的是外部設(shè)備及傳輸介質(zhì)的屏蔽接地,最好是與ＰＬＣ系統(tǒng)共用一個(gè)接地帶,如果由于位置等原因無法共用,也必須進(jìn)行接地處理,且接地電阻也應(yīng)≤10Ω,以防止由于共模干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。接地線要采取獨(dú)立的方式,不能用與其它設(shè)備串聯(lián)接地的方式。ＰＬＣ電源線,Ｉ/Ｏ電源線,輸入、輸出信號(hào)線,交、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開布線,后者應(yīng)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(hào)線接入ＰＬＣ有兩種方式:單端和差動(dòng)輸入方式。單端方式就是將信號(hào)線負(fù)極與ＰＬＣ系統(tǒng)的工作地(即通常所說的負(fù)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(diǎn)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(dòng)方式就是每一路輸入都獨(dú)立地接入ＰＬＣ系統(tǒng),這種方式對(duì)外界的干擾有較強(qiáng)的抵抗力,但端子的利用率較低,一個(gè)12位的1771 ＩＦＥ模擬量輸入模板只能接入6路信號(hào),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(duì)ＰＬＣ系統(tǒng)的軟件部分而言,它的可靠性主要是指軟件對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)的抵抗力、對(duì)設(shè)備故障的判斷力及對(duì)不同工況的適應(yīng)能力等。因此,可以從以下幾個(gè)方面來提高軟件的強(qiáng)健性。 

2.1提高輸入信號(hào)的可靠性

ＰＬＣ系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場信號(hào)的響應(yīng)速度大多以毫秒為單位,外界設(shè)備的微小變化,都會(huì)在ＰＬＣ控制程序中得到迅速的響應(yīng)。而現(xiàn)場輸入信號(hào),由于噪聲、干擾、誤動(dòng)作、模擬信號(hào)誤差等因素的影響，可能會(huì)產(chǎn)生瞬間的電平變化,例如當(dāng)按鈕作為輸入信號(hào)時(shí)則不可避免產(chǎn)生抖動(dòng)，輸入信號(hào)是繼電器觸點(diǎn)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間跳動(dòng)。這些輸入信號(hào)的變化被掃描周期中輸入采樣階段采樣，則會(huì)不可避免形成輸入信號(hào)的錯(cuò)誤，引起系統(tǒng)誤動(dòng)作，造成事故。因此須在信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)定時(shí)器濾波電路，濾除這種瞬間產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)，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(duì)設(shè)備故障的判斷能力。

ＰＬＣ在每個(gè)掃描周期中只在輸入采樣階段對(duì)輸入端的輸入信號(hào)狀態(tài)進(jìn)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(huì)改變,這將使輸入的高頻率信號(hào)或窄脈沖不能得到處理[2]。在實(shí)際控制系統(tǒng)中,有一些傳感器主要是用來保護(hù)一些關(guān)鍵設(shè)備的,當(dāng)某些工藝參數(shù)達(dá)到這些傳感器的設(shè)定值之后,這些傳感器向ＰＬＣ傳遞一個(gè)報(bào)警信號(hào),使ＰＬＣ控制程序發(fā)出相應(yīng)的控制命令,但存在這樣一個(gè)現(xiàn)象:當(dāng)設(shè)備做出相應(yīng)的動(dòng)作后,工藝參數(shù)隨之恢復(fù)正常,傳感器不再發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這樣就導(dǎo)致這些報(bào)警信號(hào)持續(xù)時(shí)間非常短,遠(yuǎn)小于采集時(shí)間,導(dǎo)致無法采集到這個(gè)變化,因此也就沒有相應(yīng)的報(bào)警顯示。表現(xiàn)為設(shè)備運(yùn)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(dāng)出現(xiàn)異常工況時(shí),對(duì)異常情況進(jìn)行鎖定,這就避免了當(dāng)上述的現(xiàn)象發(fā)生時(shí),無法得知具體的故障部位和故障原因,為判斷設(shè)備故障提供了一定的依據(jù)。

2.3跟蹤現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間,保護(hù)設(shè)備安全。

當(dāng)ＰＬＣ控制程序向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出動(dòng)作命令后觸發(fā)計(jì)時(shí)器動(dòng)作(計(jì)時(shí)器的時(shí)長為設(shè)備正常執(zhí)行完命令所需時(shí)間),當(dāng)設(shè)備在正常時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定動(dòng)作后,復(fù)位計(jì)時(shí)器;否則給出報(bào)警提示,提示設(shè)備可能發(fā)生故障,并停止該設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備的動(dòng)作,防止對(duì)設(shè)備造成損壞。

3結(jié)束語

ＰＬＣ控制系統(tǒng)的抗干擾可靠性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)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(hào)抗干擾、接地、防雷等多方面的知識(shí)。同時(shí),還必須具備較為豐富的工程現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn),才能夠設(shè)計(jì)出具有高科學(xué)性、高可靠性、高實(shí)用性的ＰＬＣ控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明以上這些方法都對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性起到了作用。

參考文獻(xiàn):

[1] 熊幸明,PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) [J].自動(dòng)化儀表2004.4

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