PLC自动控制系统可靠性及其提高方式的研究

摘 要

PLC的可靠性对企业生产安全与稳定性有着重要作用，探讨提高PLC控制系统可靠性的方法具有十分重要的意义。文章详细介绍了影响PLC可靠性的主要因素，并针对这些因素，从系统的硬件方面论述了提高PLC 控制系统可靠性、稳定性的实现方法。

【关键词】 PLC自动控制系统 可靠性 硬件

1 引言

PLC是在程序控制器和微机控制器的基础上发展起来的微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。PLC因其可靠性高、通用性强、性价比高、体积小、耗能小、安装和维护方便、编程简单可修改、易操作性等特点，借助自身丰富的输入输出接口，取代了继电器-接触器的传统逻辑控制，具有着继电器-接触器控制系统在操作、控制、效率和精度等方面都无法比拟的优势。从发展趋势上看， PLC技术具有巨大的发展空间，运算速度更快、存储容量更大、品种更丰富、功能更齐全、兼容性更好、通用性更强、性能更稳定、性价比更高，而且将具备更为强大的网络功能。PLC将在自动化领域的发挥更大的效能。

但值得注意的是，PLC的安装环境大多比较恶劣，设备周围干扰源加多，这些不良环境的对PLC自动化控制存在干扰，影响系统的正常工作。尽管现今的PLC系统的平均无故障时间已达数万小时，甚至几十万小时。但鉴于PLC在工业控制系统中的重要作用，分析PLC自动控制系统可靠性存在的问题，讨论PLC自动控制系统的可靠性有着很强的现实意义。

2 存在的问题

随着对PLC应用要求的不断提高，其使用场合日趋复杂，PLC系统受到的外界干扰也越来越多。如温度过高、噪声干扰、冲击振动剧烈，电磁干扰、安装不当，操作错误都可能造成PLC控制系统可靠性降低。产生诸如：传输信号中断，机械触点抖动，现场变送器失灵，执行机构无响应，电机不工作，各种电动阀、电磁阀该开的不能打开，内部信号相互串扰，工作触点间产生强烈电弧。从故障点出现的位置看，故障因素主要来自于系统软、硬件和外围设备。这其中约有5%的故障发生在PLC内部，这表明PLC本身的可靠性是比较高的。约有9成的故障由I/O模板引起。具体故障分布参见图1。

3 提高PLC 控制系统可靠性的措施

因此，在系统设计时应在对硬件上进行合理配置时，同时对相应的软件进行优化。下面主要从PLC的外围设备来分析提高PLC的可靠性的具体措施。

3.1 对PLC工作环境的要求

良好的环境是PLC正常工作的先决条件，要考虑安装环境中温度、湿度、振动和空气等相关因素。除部分特种PLC外，正常PLC工作的环境温度应为0～55℃，过高或过低温度都会对CPU及其功能模块造成损害。基本单元和扩展单元保持足够距离，PLC安装时一般都远离热源，避免阳光直射，并保持足够的散热空间和通风渠道，在个别温度恶劣的场合，可以通过温度控制器保证PLC在合理的温度工作，避免PLC在极限温度下工作。为了保证PLC绝缘良好，要防止凝露的产生，空气的相对湿度应小于85%。强烈的振动会照成PLC定位螺栓松动，卡件与卡槽接触不良，导致系统稳定性下降，是PLC安装的大忌。因此安装时，应是PLC尽量远离振动源，在不可避免的情况下，要采取紧固、防振和缓冲措施。此外，PLC工作环境对空气也有一定的要求，为避免腐蚀、导电尘埃和易燃气体的影响，应采取适当的空气净化措施，并将PLC封闭安装。

3.2 供电、接地与接线

PLC产品对电源的要求是比较高的，不同PLC需要与之匹配的电压、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式。其他对电源的要求还包括PLC应采用专用线供电，避免同线路元件故障造成的连带影响，必要场合还需与动力供电和控制电路供电分开，个别特种场合，可采用带屏蔽的隔离变压器供电。良好的接地是PLC正常工作的重要保证。PLC的应采用专用接地，优选分开接地，次选共用接地，禁用共通接地。就接地方式而言，一般多采用并联式单点接地。接地点应尽量接近PLC，接地线截面积不小于4mm2，电阻不超过10Ω。良好PLC接线也是系统可靠性的重要保证。输入接线的不宜超过30m，确有必要时，应采用采用中间继电器过渡。动力部分、控制部分、PLC和I/O部分，交、直流线都应分别配线，集成电路或晶体管设备的开关量与模拟量的I/O 线必须采用屏蔽电缆。

3.3 其他硬件保护措施

PLC控制系统的可靠性主要依赖于后期的维护管理。供电电源，外设、CPU、信号模板、I/O都是日常检修维护的重点单元。对于不可修复元件的“保质期”也影响系统可靠性，维护中多用“老化筛选法”，其原则是尽早发下不可靠的因素，缩短早期故障存在时间， 延长“偶然期”和“损耗期”，推迟耗损故障期的到来。对可靠性要求较高的单元，则需采取必要的冗余设计和降级操作。

4 结束语

提高PLC自动控制系统可靠性的措施还有很多，更过优化的措施还有待于广大技术工作者不断地去创新和拓展，我们坚信只要我们在工作中善于观察，勤于思考，用于创新，在硬件线路的设计，元器件的选择，工作环境的改善，程序的优化上多下功夫，就一定能推动PLC自动控制系统的可靠性的研究的不断进步。

参考文献

[1]阮友德，邓松，张迎辉.电气控制与PLC实训教程[M].人民邮电出版社，2006.

[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]刘文勇.大型测控系统抗干扰问题的探讨[M].兵工自动化，1997.

作者单位

江苏省泰州机电高等职业技术学校 江苏省泰州市 225300

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