路鵬

（大慶石油化工工程檢測技術(shù)有限公司化學(xué)分析室，黑龍江 大慶 163000）

1 前言

可編程序控制器（以下簡稱PLC）是在程序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。從廣義上講，PLC是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置?？删幊炭刂破饔捎诳垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價(jià)格比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。

2 PLC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

2.1 可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h 以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達(dá)10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。

2.2 模塊化組合靈活可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。I/O從8～8192點(diǎn)，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。

2.3 功能強(qiáng)PLC應(yīng)用微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)，簡單型式都具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。基本型式再加上模擬I/O、基本算術(shù)運(yùn)算、通信能力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴(kuò)展的計(jì)算能力、多級(jí)終端機(jī)制、智能I/O、PID調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠(yuǎn)程I/O、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。

2.4 編程方便PLC適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)上編程。

2.5 適應(yīng)工業(yè)環(huán)境PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境 下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。

2.6 安裝、維修簡單與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。使用時(shí)只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個(gè)模件上設(shè)有運(yùn)行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時(shí)間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對故障模件進(jìn)行修復(fù)，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。一些PLC外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。

2.7 運(yùn)行速度快隨著微處理器的應(yīng)用，使PLC的運(yùn)行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別不是很明顯。

2.8 總價(jià)格低PLC的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。

PLC系統(tǒng)與工業(yè)總線計(jì)算機(jī)和DCS系統(tǒng)相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發(fā)展。促進(jìn)了工業(yè)的 進(jìn)步。PLC產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需要。

3 導(dǎo)致PLC系統(tǒng)可靠性降低的原因分析

雖然工業(yè)控制機(jī)和可編程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果輸入給PLC的開關(guān)量信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，模擬量信號(hào)出現(xiàn)較大偏差，PLC輸出口控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求動(dòng)作，這些都可能使控制過程出錯(cuò)，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

3.1 影響現(xiàn)場輸入給PLC信號(hào)出錯(cuò)的主要原因：

3.1.1 造成傳輸信號(hào)線短路或斷路(由于機(jī)械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害)，當(dāng)傳輸信號(hào)線出故障時(shí)，現(xiàn)場信號(hào)無法傳送給PLC，造成控制出錯(cuò)。

3.1.2 點(diǎn)抖動(dòng)，現(xiàn)場觸點(diǎn)雖然只閉合一次，PLC卻認(rèn)為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計(jì)數(shù)、累加、移位等指令中出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤控制結(jié)果。

3.1.3 現(xiàn)場變送器，機(jī)械開關(guān)自身出故障，如觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會(huì)使控制系統(tǒng)不能正常工作。

3.2 影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因：

3.2.1 控制負(fù)載的接觸不能可靠動(dòng)作，雖然PLC發(fā)出了動(dòng)作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動(dòng)作。

3.2.2 控制變頻器起動(dòng)，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機(jī)并沒按要求工作。

3.2.3 各種電動(dòng)閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。要提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，必須提高輸入信號(hào)的可靠性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，否則PLC應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，用聲光等報(bào)警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統(tǒng)安全、可靠、正確地工作。

4 PLC控制系統(tǒng)可靠性提高的措施

4.1 利用軟件編程提高系統(tǒng)工作可靠性

PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設(shè)計(jì)一些程序，可有效的提高控制系統(tǒng)的可靠性、安全性，例如為了確保 PLC動(dòng)作的可靠，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要使用動(dòng)作優(yōu)先程序。PLC程序設(shè)計(jì)的好壞，直接影響控制系統(tǒng)的性能和可靠性，完善的程序不但要滿足現(xiàn)場工藝流程和系統(tǒng)控制的要求，而且還要根據(jù)需要選用軟件編程的方法進(jìn)行信號(hào)相容性檢查，其中包括:開關(guān)信號(hào)之間的狀態(tài)是否矛盾，模擬值的變化范圍是否正常，開關(guān)量和模擬量信號(hào)是否一致，以及各個(gè)信號(hào)的時(shí)序是否正確等。采取時(shí)間故障檢測法、邏輯錯(cuò)誤檢測法、聯(lián)鎖控制等方法，充分利用PLC的軟、硬件資源，精心設(shè)計(jì)電路和編寫程序，能極大的提高系統(tǒng)的可靠性。

4.2 外圍電路和執(zhí)行器件

PLC本身的可靠性很高，故障率極低。而繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行器件的故障率相對較高，這些元件本身發(fā)生故障時(shí)，PLC不會(huì)自動(dòng)停機(jī)，直到故障造成了后果時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，對系統(tǒng)可靠性的影響很大。所以，一方面必須選用高質(zhì)量的元器件來提高可靠性，另一方面，要充分考慮到故障發(fā)生的可能性，在電路設(shè)計(jì)和軟件編程時(shí)對故障率較高的外圍器件的工作狀態(tài)進(jìn)行反饋和檢測，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)故障部位的重要性和對控制系統(tǒng)的影響，及時(shí)采取給出報(bào)警信息、自動(dòng)停機(jī)等措施，避免造成嚴(yán)重后果。

4.3 加強(qiáng) PLC控制系統(tǒng)可靠性的管理

4.3.1 維護(hù)管理

PLC控制系統(tǒng)的可靠性，其主要因素還是要做好后期的維護(hù)管理工作，維護(hù)設(shè)備主要部位：供電電源，外部環(huán)境、安裝狀態(tài)、電源(Ps)、中央處理單元(CPU)、信號(hào)模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等外圍設(shè)備等。

4.3.2 人的管理

隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化的科學(xué)含量不斷的提高。這將對工作人員的素質(zhì)提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設(shè)備情況、檢修、規(guī)劃和設(shè)計(jì)等；而且還要懂得計(jì)算機(jī)以及具有一定技術(shù)水平。因此，必須從人員的培訓(xùn)力度、培訓(xùn)方式和培訓(xùn)內(nèi)容等著手。不斷提高工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和思想素質(zhì)，才能勝任其工作崗位。

結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性與多種因素有關(guān)，有些客觀因素也干擾著控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過設(shè)計(jì)正確的硬件線路，選擇質(zhì)量高的元器件，改善工作環(huán)境，編制監(jiān)控程序等措施，可以使PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性得到很大的提高。

[1]常斗南等.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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