如何提高PLC自动控制系统的可靠性

李宁

摘要：PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。然而一些因素的存在严重影响了PLC自动控制系统的可靠性，导致PLC自动控制系统在应用过程中无法发挥有效的功能。本文对这些因素进行分析并提出了提高PLC自动控制系统的可靠性的建议。

关键词：PLC自动控制系统；稳定性；环境

一、影响PLC自动控制系统的因素分析

工控机和PLC自身都有比较高的可靠性能，可是输入给可编程控制器的输入信号一旦有错误，模拟信号出现偏差，可编程控制器执行机构动作错误，都会使控制过程出现错误，从而造成很大的经济损失。

（一）影响输入给可编程控制器的信号出现错误的因素

由于机械力、线路老化及其他問题造成信号线出现问题，当信号线出现问题时，现场的输入信号就没法传入给可编程控制器，控制系统就会出错。

机械触点抖动。虽然现场触点只会一次闭合，但可编程控制器却会认为有多次闭合，虽然软件和硬件分别加了微分指令和滤波电路，但因为可编程控制器扫描的周期时间比较短，还有可能在运算过程中出现错误，从而导致控制结果出错。

现场变送器接点接触不稳定造成开关出现故障，现场变送器反映出电量偏差大甚至不能工作，这些都是造成系统不稳定的因素。

（二）执行机构出现错误的因素

（1）控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。

（2）各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

（三）其他因素

除上述以外还有很多其它因素，如：系统工作的环境，温度、湿度，周围环境污染，振源和污染源，布线的合理性，接线的正确性，以及软件系统的运行情况，等等。

二、提高PLC自动控制系统可靠性的措施

（一）设计出较完善故障报警体系

在设计PLC自动控制系统之时，大都是按照三级报警体系来实施。

（1）设置一级；这就需要对现场的各种控制柜面板进行控制，普遍做法就是采用指示灯，当设备出现了故障指示灯就会显示出来，比如设备正常运行指示灯亮，设备出现故障无法正常运行，指示灯且依据一定的频率进行闪烁。设计之时为了提防指示灯出故障而无法体现出设备运行情况，大都是设置故障复位灯进行测试，无论系数处于何种状态将测试按钮按下3S以上，就能够将所有的指示灯点亮，一旦指示灯不能完全点亮且要马上更换，指导按下按钮之后全部亮为止，才能够再次使用。

（2）设置二级故障显示；这一级主要是在中心控制室中的人机接口，要在监视器上连接出显示设置，一旦PLC控制系统出现故障，通过一定文字显示故障，而那个地方的设备出故障且对应灯就闪烁，相关人员要依据这些故障做好记录。

（3）设置三级故障；这一级主要位于中心控制室的信号箱中，一旦设备发生了故障现象之时，信号箱就会通过声光进行报警提升操作人员注意，且及时检查故障并进行相应处理。对于故障的处理上要进行分类，因为这些故障是不尽相同的，一些较为严重故障必然会影响控制系统无法正常运行，但是有一些较小故障且影响不大，在处理上就没有必要停止系统而专门处理，可以边运行边处理，有效的提升了系统的可靠性。

（二）优化设计方案和控制元件的选择

在选择控制方案时，应比较可编程序控制器和继电器控制柜的方案，对其价格、可靠性、开发周期、工作量、维修时间等多方面因素进行比较，利用可编程控制器替换继电器控制柜，提高系统可靠性。在控制元件的选择上，要对元件的品种、规格可靠性进行比较，选择符合机床对电气控制系统的要求以及系统对控制元件的要求，使所选择的控制元件与实际使用相符合，从而提高控制系统的可靠性[5]。

（三）提高输入信号的可靠性

要想提高输入信号的可靠性，就必须从以下几方面着手：

（1）在进行程序设计时，通过增加数字滤波程序，从而增加信号的可靠性。模拟信号滤波可以对现场的模拟信号连续采样三次，三次的信号采样分别存放在数据器寄存器中，当进行最后一次采样时，等到结束后，通过利用数据比较，数据的比较指令以及数据的交换指令去除一个最小值一个最大值，得到的中间值就作为本次采样的结果存取到数据寄存器中。这样一来就可以提高PLC自动控制系统的可靠性。

（2）通过强化信号线，因为信号线的准确主要是由于收到电压以及电流的影响，所以，在设计信号线的时候，应该加强信号线的抗压以及抗干扰能力。通过科学的方法，对现场进行设置，减少由于电辐射所带来的干扰，必须严格要求PLC设备以及信号线的选择上，应该选择正规厂商生产的信号线以及设备，这样一来，可以提高设备的使用寿命；选择一些抗老化能力比较好的信号线，避免长时间的使用出现损坏。根据周边的实际环境来进行信号线的布置，当周围会出现很多老鼠时，应该在信号线周围进行防鼠措施；当周围环境比较潮湿或者腐蚀性比较强，应该采用防腐效果好的信号线。

（3）对PLC的设备以及信号线进行不定期或者定期的检查。一旦发现信号线老化，设备接触不良，出现短路或者开关不到位的现象时，应及时处理或者是做好预防措施。

三、执行机构可靠性研究

输入准确现场信号给PLC后，PLC开始执行程序，并对现场装置进行控制、调节。要确保故障发现及时，执行机构按要求工作，应采取以下措施：接触器控制负载时，当由接触器控制负载时，停止或启动这类负载转为对接触器线圈控制，此时我们最关心的应是接触器是否可靠释放和吸台。根据开启和关闭时间的差异，设置延时时间，检测开关是否到位，如果没有准确及时的返回信号给PLC，那么就明显地说明阀可能有故障，应该做阀故障报警处理。同时，执行机构方便的操作平台会使工作人员使用起来非常便捷。在PLC自动控制系统中，计算机充当上位机的功能，通过采用百兆以太环网将输送系统连接到计算机上，进行实时监控及保护。上位机采用处于国际领先水平的InTouch组态软件作为监控软件，下位机则采用欧姆龙可编程控制器。InTouch和以太网之间的采用OPC充当通信中介。通信完成以后，通过从PLC中读取的数据利用InTouch进行编程，进而监视输送带的运行状态，按照既定的控制要求对输送带进行远程监控。

（四）工作环境

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。

结语

PLC控制系统的可靠性研究设计的问题较为复杂，在对PLC控制系统进行可靠性设计时，应综合考虑多方面的因素，针对其具体的影响因素，采取有效措施，使控制系统可靠性影响因素得到有效控制，从而提高控制系统的可靠性，实现系统的正常平稳运行。

参考文献

[1]张金虎. PLC自动控制系统的可靠性[J]. 中国科技博览， 2011（9）：11-11.

[2]张凤璐. 浅谈PLC可靠性研究[J]. 黑龙江科技信息， 2008（27）：61-61.

[3]曾凡菊， 陈子元. 数控机床PLC的可靠性提高的探析[J]. 科技致富向导， 2012（2）：215-215.