PLC控制系统可靠性设计

和德明

摘 要：当前，PLC在工业生产中发挥着重要的作用，PLC控制系统的稳定性与工业生产的效率、安全密切相关。研究影响PLC控制系统稳定性的因素，并提出相应的解决措施，对提升系统的安全性和稳定性具有十分重要的意义。

关键词：PLC控制系统；滤波装置；模拟信号；非法输入

中图分类号：TP368.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.144

PLC，即可编程控制器，利用的是微处理器在运行方面的优势和计算机在解决相关问题上的优势，其特征为实用性强、硬件设施完善、编程方式简单、修护方便等，在工业生产中占据十分重要的地位。由于PLC控制系统的稳定性与工业生产的效率、安全密切相关，因此提升系统的稳定性具有十分重要的作用。

1 输入可靠性程序设计

1.1 防止抖动

大部分PLC信号输入系统都有滤波装置。该装置的安装可避免触点出现抖动现象。为了保证滤波质量，需将滤波时间设置为毫秒级别，只有当信号输入时间在8 ms内且有作用效果时，才会出现输入信号。一般来说，不同的系统有不同的信号输入时间，应根据不同的环境来进行实地测试。

1.2 确保输入脉冲的稳定性

在采集输入脉冲时，为了避免出现丢失的情况，一般可以采用以下两种手段：①借助高速计数功能采集脉冲，只要确保高速计数最高工作频率高于脉冲频率，就不会丢失脉冲；②利用定时中断和脉冲采集子程序采集脉冲，只要确保采集时间间隔小于脉冲频率的倒数，就不会丢失脉冲。

1.3 数字滤波

在采集模拟信号时，应当连续采集3次样本，采样的时间间隔可以根据A/D转换时间和信号的变化来确定。按照一定的顺序，将3个数据保存在不同的数据保存器中，经对比后，取这3个数据的中间值或平均值作为输出的主要数值。

1.4 避免出现非法输入

不同信号间有着不同的关系，应仔细分析存在的关系，以确保信号符合法律途径。例如，不能让左右2个行程开关都处于关闭状态，如果有这种情况出现，就是所谓的“不符合法律的输入”，就要被警告或是停止使用。

1.5 检测是否有多余、错误的输入

检测错误的传感器一般有模拟量检测和逻辑量检测两种。为了保证检测效果，可以同时布置2个传感器，再对照2个读者信号，看其是否相同。如果不同，且超过了有限的时间，就证明其中一项有问题。

2 输出稳定性程序构建

在一般的PLC控制系统中，除了输入问题外，输出问题也是需要注意的问题之一。有时，即使系统正确地输入了PLC信号，并且输入模拟量时产生的误差极小，也很容易出现PLC控制系统输出错误的问题。PLC控制系统输出错误是由多种原因引发的，既有可能是系统内部出现问题，也有可能是工作人员操作失误。有效减少PLC控制系统中的输出错误，是系统安全、稳定运行的关键。当前，有许多方法能够有效解决PLC控制系统输出错误的问题，常用的为软件控制方法。

2.1 高质量的输出监控

为了保证输出质量，应对内部元件进行实时监控。一般监控方式有两种，即动作反应监控和看门狗监控。这两种监控方式之间没有明显的区别，监控原理相似，不同的是，前者需要在规定的时间内完成相关动作，后者对时间没有限制，更注重动作的完成情况。

2.2 采取手段减少错误输出

PLC控制系统的应用范围较广，即使在恶劣的环境下，该系统也不能出现问题，且系统误输出在逻辑方面是不允许的。例如在采用PLC系统进行控制的电梯中，为了避免电梯出现急停的情况，就会用到PLC系统的错误判断功能，利用计算机程序来保证端站的正常工作，提升电梯的安全性。

3 PLC信息安全性程序构建

随着计算机技术的飞速发展，PLC控制系统逐渐与其他的计算机系统有着非常密切的联系。由于信息范围较广，容易受到干扰，PLC控制系统信息出现错误的情况屡见不鲜，因此，信息程序也会出现错误，导致信息不准确。

3.1 信息安全性

为了确保信息的安全，可以采用以下两种方式：①数据校验。为了保证信息的准确性，在进行信息传输时需要检验，从中发现问题，避免使用到错误的信息。一般来说，数据校验分为校验和帧校验两种。②重复通信。重复通信主要分为两大步骤——写数据需要实现“写成功”的应答，读数据需要数据和校验码正确与否的检验。

3.2 通信稳定性

在通信时，要对系统设立不同数据读写的权限，对不同的人设定不同的权限。比如，在对PLC进行控制的计算机系统中，系统管理员具有最高的权限，能够随时对PLC系统数据进行读写操作；而工程师则不具有这样的权限，只能读取数据，却不能改写数据。

4 PLC控制系统中问题的解决办法

4.1 掉电维护

在正常运行过程中，PLC控制系统是一个电位均势体。一旦出现因掉电而导致的电位差，应及时组织专业人员进行电位的恢复和调整。

在构建程序时需注意，在掉电后，再次恢复状态可以保证相关部分正常运转，主要体现为各个动作自保持；在失电后，不启动就不能够再得电，需要进行相关的联锁。

4.2 对错误进行及时报警

为了保证及时发现并处理错误，一些PLC控制系统采用了3级错误报警体系。首先，安排1级设备直接控制系统的现场控制面板，用不同颜色的指示灯来显示不同设备的运行状况，以便管理人员全面接收系统信息；其次，采用2级设备监控系统的不同部分，并直接显示在控制中心的监视器上，让管理人员及时了解系统的实时运行状况，即使在出现问题后也能快速作出反应；最后，用3级设备监控中心控制器的运行状况，如果设备运行出现错误，就会发出警报，提醒相关人员及时处理。

4.3 故障或错误判断

故障或错误判断主要是确定已经产生的错误和问题的类型。为了更好地处理系统中的错误和问题，可以在计算机中构建错误和问题判断知识体系，借助这一体系监管和判断程序。当PLC在对实际的工作状况进行监视时，能够将收集、保存的相关资料传送给计算机，计算机在处理这些数据资料后，将其收入数据体系中。如果该体系出现问题，知识系统就要根据相关规则和运行制度，对其中的问题进行判断。判断后，应进一步优化知识体系中的学习模式，改善知识体系中的相关原则，从而使知识体系的效用不断增强。

5 总结

在PLC 控制系统中，要全面考虑影响PLC 稳定性的多种因素，且在构建程序时采用科学、有效的方法，这样才能确保控制系统的安全、高效和稳定运行。另外，由于PLC控制系统的类别不同，只有结合实际情况深入研究，才能取得较好的应用效果。

参考文献

[1]陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]王晓静.PLC控制系统可靠性设计的实现[J].科技信息（科学教研），2007（19）.

〔编辑：刘晓芳〕