PLC控制系统的可靠性设计与研究

邢思远

摘 要：随着工业化进程的不断加快以及信息技术的飞速发展，PLC控制系统已经非常普遍，而优化PLC控制系统的设计已经成为当前社会发展必然趋势。该文主要分析了对于PLC控制系统可靠性的影响因素，浅析了对于PLC控制系统的可靠性设计的原则，提出了相应的有效方案。

关键词：PLC 控制系统 可靠性 原则

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0057-01

在工程实践中，PLC一般用来组成生产过程控制系统。PLC的运用使其相对于传统继电器-接触系统来说，其控制的设备系统工作可靠性大大提高。在生产过程中，自动化程度的提高导致对于整个系统的可靠性要求更高。因此，作为系统总体工程设计的组成部分，可靠性设计具体是通过对系统的结构、电路、程序进行设计。本文对PLC控制系统可靠性多方面进行剖析，进而衡量出可靠性的参数和计算公式，并探讨研究了对于提高控制系统可靠性的设计方法及相关的其他方面进行了解释。

1 PLC控制系统可靠性的影响因素

PLC控制系统优点很多，如安全方便、语言简便化等，然而在实际应用时，却受到多方因素的扰乱，比如：EMI的干扰、无线电广播、雷达分布密集等，这些都是PLC开关质量不合理造成的；而信号线引入的干扰是因为PLC控制系统的接地方式错误造成的。另外PLC编程也存在着很大的问题，它造成了PLC控制系统难以执行，从而阻碍了系统的正常运行，进而使控制系统的可靠性大大降低。

2 可靠性设计基本原则

2.1 简化设计原则

在PLC控制系统的设计过程中，应保证在达到控制标准的前提下，进行简化设计，对元设备元器件的品种和数量进行一定程度的压缩，统一使用元件，使控制系统的复杂性得到减少，从而降低故障发生频率，达到节约成本的效果。因为使用设备元器件数量多，会使故障发生率大大增加，进而增加了维修量。

2.2 设备质量控制原则

在选择与使用设备元件时，应使PLC控制系统每个设备元件质量得到保证，以便使整体控制系统的可靠性得到提高。如果设备元件选用不恰当，则会造成控制系统的失效，因此，在PLC控制系统中，对于所使用的设备元件必须进行准确的核算，保证设备元件的安全性，与电气设备的运行环境及条件进行结合，使在工作过程中的设备元件质量能够保证工作的顺利进行。

2.3 电磁兼容设计原则

PLC大多数出现在工业现场中，工作环境恶劣，且干扰性极强，造成了PLC控制系统可靠性的降低，特别是强电磁干扰等外部干扰，因此，需要通过其他方式进行解决如：合理安装布线、隔音处理电源等，从清除或者抑制电磁干扰，保障PLC控制系统的可靠性，以便设备可以在电磁环境中正常工作。

2.4 安全性原则

PLC的保护环节环环紧扣包括：完善的过载保护、接地保护、欠压与失压保护等，光靠这些常规保护还不够，还得需要感性负载时输出端子的保护以及对于不允许同时得电继电器的连锁保护，另一方面还需有设备运动部件的保护，同时还有对于PLC故障发生的急停保护。对于这些保护措施，控制系统必须对应对方案加以完善，从而避免事故发生造成的人员伤亡，减少故障发生率，这便是PLC控制系统作为工业化设计可靠性的最基本保障。

2.5 人机工程设计原则

人机在现代科技发展过程中具有重要的作用，人机即为系统的操作证与系统互相合作共同完成任务。因此，控制系统在人机工作时需要有完善的防误操作措施，且应为其创造良好的工作环境和条件，充分利用人和设备自身的特质，从而使系统的可靠性、可用性以及使用效能得到质的提高。在对于能够人机安全的任何部位都应该加以标记说明，以及列出防护措施，并设置安全连锁措施，对由于设备故障操作失误的原因等造成的人身安全危害时，应提高准确的信号指示以及及时的采取安全措保障施。

2.6 冗余设计原则

在整个控制系统的某些重要部分中，工作时采用多套完全相同的系统以便随时切换，这样大大增加了控制系统的可靠性，在可靠性要求较高的场合可以采取这样的方法比如汽车装备线，在生产过程中决不能出现任何差错否则整个系统都会停产，进而造成巨大损失。

2.7 完善软件设计原则

PLC控制系统中包括硬件系统和软件系统两种。而PLC控制系统故障大多发生于硬件系统中，但是对于软件系统的完善也尤为重要，同时也是提高控制系统可靠性的重要措施。PLC的程序应当满足控制的可靠性以及设计程序等功能，其中包括对抗预知干扰程序、故障检测与诊断程序等的设计。同时对备份保护用户程序也应加以重视，进而配合硬件系统使得整个控制系统的可靠性得到提高。

3 提高控制系统可靠性的措施

3.1 应用成熟技术

在PLC控制系统设计时使用与PLC类似的系统设计方法进行设计，在探索和实践过程中摸索出成熟的PLC控制系统操作可行性的体系，同时要求设计人员成熟的掌握并熟练的使用。总的来说，在设计PLC控制系统时，成熟技术占有的比重达到75%以上。因为控制系统投入运营后，基本无法进行繁琐的改进，在PLC控制系统设计时如果存在问题则此问题可能不会被发现从而造成安全隐患，从而造成非常严重的后果。

3.2 采用高质量元器件

在PLC控制系统工作时，输入信号元件以及输出执行元件是主要的影响因素，因此为了保证控制系统可靠性的高要求，必须选择高质量的元器件。而元器件的可靠性分为固有和使用两种，其中固有可靠性是由元器件的设计以及制造过程确保的；而使用可靠性则是由设计者选择的正确性以及使用的正确性来保证的。

3.3 采取有效地抗干扰措施

在工业控制现场，由于之前提到的电磁干扰问题，必须合理安装布线、隔音处理电源等，从清除或者抑制电磁干扰，保障PLC控制系统的可靠性，以便设备可以在电磁环境中正常工作。同时采用远离技术，将弱信号线与强信号线进行疏离开来，进而减小电磁对于控制系统的干扰。

4 结语

通过对PLC控制系统的可靠性影响因素的具体分析，提出了在设计过程中应该遵循简化设计、电磁兼容、人机工程设计冗余设计等基本原则，进而列举了一系列在控制系统中应该采取的如应用成熟技术、采用高质量元器件等可靠性措施，从而使PLC控制系统得到优化使得PLC控制系统的可靠性得到提高。

参考文献

[1] 王毅.试论如何提高PLC控制系统的可靠性[J].科技致富向导，2013（1）：53-54.

[2] 孙正英.提高PLC控制系统的可靠性研究[J].活力，2013（8）：98-99.

[3] 曾湘.试析PLC控制系统的可靠性设计问题[J].企业技术开发（下），2011（11）：136-137.endprint