聶 輝

(湖南工業(yè)大學電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007)

PLC因其具有諸多優(yōu)點而被控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。雖然PLC比當今其他工業(yè)控制器具有更高的可靠性，但其對工作環(huán)境、安裝及維修等有要求，仍具有預防其誤動作的必要性。業(yè)內(nèi)人士［1-3］雖對預防PLC誤動作有所研究，但這些研究大都側(cè)重于某一個技術(shù)方面，還需要就技術(shù)和管理方面進行綜合研究。

1 引起PLC誤動作的主要因素

引起PLC誤動作的主要因素有內(nèi)部因素與外部因素。內(nèi)部因素是PLC的固有因素，外部因素是指PLC外圍設(shè)備、工作環(huán)境等外來影響。

1.1 內(nèi)部因素

內(nèi)部因素可分為:工作原理因素、組成結(jié)構(gòu)因素、制造工藝、技術(shù)因素以及系統(tǒng)程序因素等。

(1)工作原理因素。如在高速控制系統(tǒng)中，PLC的串行掃描與成批輸出工作方式所造成的內(nèi)部軟元件動作誤差給誤動作埋下隱患［1］。PLC執(zhí)行串行掃描工作方式時，其輸入、輸出信號間的邏輯關(guān)系存在原理的滯后，掃描周期越長，這種滯后就越嚴重。輸出時，PLC須將當前輸出狀態(tài)、處理結(jié)果放在輸出映象存儲器中，只有在執(zhí)行程序結(jié)束指令或PLC下次掃描程序前，才將此存儲器的內(nèi)容由輸出鎖存器成批輸出到PLC的外部端子。PLC執(zhí)行成批輸出工作方式時，使輸出繼電器在執(zhí)行用戶程序指令END前不能即時輸出，只能在執(zhí)行用戶程序指令END之后才能成批輸出，這就引起了即時輸出與成批輸出的時間誤差，給PLC埋下了誤動作的隱患。

(2)組成結(jié)構(gòu)因素。PLC內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)雖然較為合理，但對于高速控制系統(tǒng)也有美中不足之處。如PLC輸入輸出信號都經(jīng)過光電耦合器、繼電器等進行隔離，這種隔離使輸入輸出電路增大了慣性，使輸入輸出響應(yīng)滯后，給軟元件觸點動作帶來時間誤差［1］。

(3)制造工藝和技術(shù)因素。PLC作為自控系統(tǒng)核心的控制部件，對其制造有特別高的要求。若內(nèi)部的元器件布局不合理，則會造成內(nèi)部信號相互串擾以及線路存在的電容性元件引起寄生振蕩。若整個系統(tǒng)的地線處理不當，則會形成內(nèi)部干擾源，直接干擾PLC正常工作，從而引起PLC誤動作。

(4)系統(tǒng)程序因素。若系統(tǒng)程序出問題，必然導致PLC誤動作。

1.2 外部因素

引起PLC誤動作涉及諸多外部因素，如外圍設(shè)備、系統(tǒng)安裝與布局、工作環(huán)境和維修保養(yǎng)等因素。

(1)外圍設(shè)備因素。PLC外圍設(shè)備異常，容易成為干擾源和引起PLC誤動作。這種干擾源包括電源電壓波動和高次諧波的干擾;開關(guān)通斷的高、低頻干擾;動力感應(yīng)電勢引起的干擾;其他設(shè)備通過電容耦合串入PLC而引起的干擾等。除此之外，按鈕、繼電器等工作時觸點間產(chǎn)生的電弧，接觸器、繼電器以及電磁鐵等的線圈感性負載斷開時產(chǎn)生的浪涌電壓，外界的設(shè)備雜亂的無線電波信號等也是PLC干擾源的一部分，也能引起PLC誤動作。

(2)系統(tǒng)安裝布局因素。PLC系統(tǒng)須安裝在合適的位置，若它離高頻設(shè)備或大功率設(shè)備太近，則這些設(shè)備的干擾容易引起PLC誤動作。電源線、信號線和控制線須合理布局，若I/O線與控制線無適當距離或動力線與控制線一起敷設(shè)，則為PLC誤動作埋下了隱患。接地系統(tǒng)安裝與誤動作也有著直接的關(guān)系。良好的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要條件，很多PLC控制系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的故障往往是由于系統(tǒng)接地不好引起的。

(3)工作環(huán)境因素。雖然PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制器，但當其工作環(huán)境的溫濕度太高、有害氣體和粉塵太多以及干擾太強，都易引發(fā)PLC誤動作。

(4)維修保養(yǎng)因素。維修保養(yǎng)是預防PLC誤動作的重要工作之一。如對PLC傳輸信號線故障不及時進行修復，則現(xiàn)場信號無法傳送，PLC不能按控制要求進行動作，容易發(fā)生誤動作。

2 預防的原則

預防PLC誤動作是一項復雜的系統(tǒng)工程。為做好這項工作，須堅持預防為主、統(tǒng)籌綜治以及以人為主的原則。

(1)預防為主的原則。堅持預防為主原則的原因:一是PLC誤動作的嚴重危害性。PLC一旦誤動作，就使控制系統(tǒng)無法正常工作，同時還對人身和設(shè)備帶來很大的安全威脅。二是誤動作因素的多樣性。三是誤動作的偶發(fā)性。誤動作雖然有某些規(guī)律，但實際發(fā)生的時間、原因、危害程度等難以預測，只有針對可能引起誤動作的所有原因都采取相應(yīng)的預防措施。

(2)統(tǒng)籌綜治的原則。對于引起PLC誤動作的諸多因素，統(tǒng)一籌劃預防方案，并綜合各種措施進行全面預防。否則，這種預防將會顧此失彼，誤動作將會防不勝防。

(3)以人為主的原則。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，人與設(shè)備是不可分離的統(tǒng)一體。但人與設(shè)備不是等同關(guān)系，而是主從關(guān)系，人是主體，設(shè)備是客體。因此，對PLC誤動作的預防和控制需要堅持以人為主的原則。

3 預防PLC誤動作的措施

預防PLC誤動作可采取2種措施:即管理措施和技術(shù)措施。

3.1 管理措施

由于PLC的誤動作相當一部分是由管理不善引起的，因此，預防PLC誤動作必須采取切實有效的管理措施:(1)把好選用合適且合格的產(chǎn)品關(guān)。由于PLC及其外圍設(shè)備的功能、性能以及完好狀態(tài)直接決定控制系統(tǒng)的可靠性，因此要選用合適且合格的PLC及其外圍設(shè)備。(2)把好安裝布局關(guān)。由于PLC及其外圍設(shè)備的運行品質(zhì)都與它們的安裝布局有著密切的關(guān)系，因此安裝布局必須按嚴格的標準和規(guī)范進行。(3)把好環(huán)境關(guān)。對溫度、濕度太高、粉塵太多、振動太大、干擾太強的環(huán)境及時進行改造。(4)把好人員素質(zhì)關(guān)。安排技術(shù)水平高和責任感強的人員擔任相關(guān)工作。(5)把好安全操作規(guī)程關(guān)。規(guī)范操作行為，保證安全使用。(6)把好檢查關(guān)。通過檢查及時發(fā)現(xiàn)問題并將PLC誤動作封殺在萌芽狀態(tài)。(7)把好日常維護關(guān)。(8)把好修理關(guān)。(9)把好設(shè)備的更新改造關(guān)。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 針對內(nèi)部因素的技術(shù)措施

(1)針對PLC工作原理的技術(shù)措施。對于預防PLC串行掃描和成批輸出工作方式所引起的誤動作，其技術(shù)措施一般是合理編程［4］。編程時必須注意PLC梯形圖雖與傳統(tǒng)繼電器的控制電路圖有某些相似，且PLC軟元件也有相當一部分冠以繼電器名稱，但PLC的工作方式與傳統(tǒng)繼電器截然不同，不能用傳統(tǒng)繼電器控制的思維方式處理PLC編程問題。

(2)針對PLC組成結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施。PLC一旦成為產(chǎn)品投放市場，用戶就不能改變其內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)。要解決因組成結(jié)構(gòu)帶來的誤動作問題，只有在合理編程和限制使用頻率這2個方面采取技術(shù)措施［4-5］。

(3)針對制造因素的技術(shù)措施。PLC制造因素決定自身的性能。針對制造因素采取的技術(shù)措施，就是反復篩選PLC及其外圍設(shè)備，選性價比高的產(chǎn)品。選擇的技術(shù)標準雖然有時會因人而異，但基本的幾個技術(shù)指標，如功能、性能以及輸入輸出點數(shù)等是選擇PLC的基本依據(jù)。

3.2.2 針對外部原因的技術(shù)措施

(1)優(yōu)化外圍設(shè)備配置。PLC控制系統(tǒng)需要配置性能優(yōu)良的外圍設(shè)備。若輸入設(shè)備因品質(zhì)低劣引起輸入信號錯誤，則必然引起PLC輸出錯誤。若輸出元器件品質(zhì)低劣，則PLC的被控設(shè)備就會失控。因此，在選好PLC的同時，還要選好各種外圍設(shè)備。這種外圍設(shè)備不僅包括PLC直接驅(qū)動的被控設(shè)備，如電磁閥、報警器等，也包括輸入的元器件，如輸入繼電器、傳感器等。

(2)優(yōu)化環(huán)境。優(yōu)化環(huán)境的主要措施是減小或消除干擾、降低高溫和高濕、減少或消除粉塵等。減小或消除干擾是優(yōu)化環(huán)境的重點和難點。首先要對電源干擾采取措施。電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電設(shè)備是主要的干擾源。在干擾較強或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊?，可在PLC的交流電源輸入端連接電源干擾處理電路［6］，如圖1所示。其次是對感性負載干擾采取措施。即在直流輸出電路感性負載的兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，在交流輸出電路感性負載的兩端并聯(lián)阻容電路，如圖2所示。接著是對外來強烈干擾采取隔離措施，即用光電耦合器、輸出繼電器以及光電晶閘管等器件來實現(xiàn)對外部信號的隔離。

(3)優(yōu)化安裝布局。優(yōu)化安裝布局是預防PLC誤動作的重要措施之一。它涉及的主要方面是PLC的安裝地點與位置、各種線路的布局與走向、接地系統(tǒng)的布局與安裝等。合適的安裝地點與位置是預防PLC誤動作的基本條件。對于一般的PLC來說，安裝地點的環(huán)境溫度和濕度都應(yīng)保證在一定范圍內(nèi)。安裝位置無振動或有減振措施。此位置還要避開強干擾源，若難以避開，也要盡量遠離干擾源。安裝地點要實現(xiàn)空氣中無粉塵和有害氣體，或有避免這類粉塵和有害氣體的措施和設(shè)備。優(yōu)化線路安裝布局也是預防PLC誤動作的重要措施之一。這種優(yōu)化主要包括:電源線安裝布局的優(yōu)化，如動力電源線與PLC的電源線分別配線、隔離變壓器與PLC電源之間采用雙絞線連接、動力電源線足夠粗以及有可能時對PLC采用單獨供電回路等。信號線的選擇與布局的優(yōu)化，如信號傳輸距離較遠時用屏蔽電纜、模擬信號和高速信號用屏蔽電纜、通信電纜用專用電纜(如光纖電纜)、I/O線與電源線分開走線并保持一定的距離等?？刂凭€安裝布局的優(yōu)化，如控制線與電源線分開走線，并保持一定的距離等［7］。優(yōu)化接地系統(tǒng)的安裝布局同樣是預防PLC誤動作的重要措施之一。這種優(yōu)化包括信號源接地時屏蔽層須在信號側(cè)接地或在PLC側(cè)接地、信號線中間接頭時屏蔽層牢固連接并進行絕緣處理、多個測量點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接進行絕緣處理等。接地點盡量靠近PLC控制器，接地線盡量避開強電回路和主回路的電線，不能避開時，應(yīng)垂直相交，盡量縮短平行走線的長度等。

圖1 電源干擾處理電路

圖2 感性負載干擾處理電路

(4)優(yōu)化維修保養(yǎng)。維修保養(yǎng)措施重點采用事前修理方式。即定期維護保養(yǎng)，將一切可能引起PLC誤動作的因素及時消除。使用完善的故障報警系統(tǒng)，這為事后修理及時提供故障信息;堅持維修保養(yǎng)的技術(shù)標準和規(guī)范，以此來增強維修保養(yǎng)的設(shè)備安全性、工作的及時性以及費用的經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

由于PLC誤動作涉及諸多因素，因此必須堅持預防為主、對癥下藥、統(tǒng)籌綜治以及以人為主等原則，采取管理與技術(shù)2種措施，將一切可能引起PLC誤動作的因素及時消除，以避免PLC誤動作的嚴重危害，保證PLC控制系統(tǒng)工作正常。

［1］聶毅.PLC軟元件觸點動作誤差的分析［J］.襄樊學院學報，2001(5):21-24.

［2］陳明.電測與自動化裝置可靠性［M］.西安:西北工業(yè)大學出版社，1989:298-317.

［3］張鳳璐.淺談PLC可靠性研究［J］.科技論壇，2010(3):32-35.

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［5］王國海.可編程序控制器及其應(yīng)用［M］.北京:中國勞動社會保證出版社，2001:198-201.

［6］姜玉柱.淺談PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題［J］.兵工自動化，2007(2):26-30.

［7］王功勁.PLC應(yīng)用中的干擾及其抑制［J］.電子報，2009(11):32-36.