摘要：可编程序控制器（PLC）因其具有通用性强、实用性高、硬件配套设施齐全、编程方式简单易学等优点，被技术人员广泛应用在工业领域。PLC作为公认的新一代控制器，是特别为生产环境设计的控制工具，并不需要其他特殊的设置便可以直接在环境中投入使用。但PLC系统的可靠性会受到所处环境中各类因素的干扰，如强烈的电磁信号干扰或者过于恶劣的自然环境都会对设备产生不可忽视的影响，另外，安装使用错误、保护措施运用不佳都会对PLC系统的正常使用造成不利影响。因此，如何提高PLC控制系统的可靠性对使用具有十分重要且积极的现实意义。
关键词：机加工：PLC控制系统；可靠性；设计研究
当前，可编程序控制器（PLC）已经被广泛的应用于工业自动化领域，绝大多数厂家都在机加工自动线生产中采用PLC系统控制，随着电子技术的迅猛发展，PLC也将在各个领域投入运用，满足各类不同用户的使用需求，这种使用需求对该控制系统的可靠性要求也会愈发严苛。
一、PLC控制系统可靠性的影响因素
PLC控制系统的可靠性对生产率和安全会产生直接的不容忽视的影响，因此，在设计过程中，可靠性是技术人员讨论的第一要素。通常，我们用平均故障间隔时间（MTBF）来衡量PLC控制系统的可靠性，简单来说，就是指该控制系统的上一次故障修理后到下一次发生故障的间隔时间的平均值。实际的讨论中，技术人员通常从PLC控制系统对外部环境的适应性、对内部数据和程序的保护、运行中的连续性、各系统间的独立性和容错性已经是否符合故障安全原则等方面来考量该系统的可靠性。
二、提高PLC控制系统可靠性的措施
在整个PLC控制系统的软、硬件设计的过程中，设计人员始终要考虑如何提高其可靠性，下面我们来看一些具体的、有效的方法。
1、输入端与输出端的保护
当PLC控制系统的输入信号源和输出驱动负载均为感性元件时，将续流二极管并联在直流电路的两端，将阻容吸收电路并联在交流电路的两端，这样可以有效的防止由于在连接或断开时产生的高感应电势对于PLC的输入、输出端子和内部电源造成的强烈冲击。除此之外，当系统内的输出驱动的负载是电磁阀或者交流接器之类的元件时，可以在输出端与驱动元件之间装入固态继电器（AGSSR）进行隔离。
2、翰入与输出信号的防错
系统中晶体管作输入信号源，或者是光电开关输出时；当外部负载很小，输出元件为双向晶闸管或者是晶体管的情况时，由于在关断时输出元件有较大的漏电流，造成输入电路和外部负载电路无法关断，进而导致输入与输出信号发生错误。因此，我们通常在这种类型的输入和输出端并联合适的旁通电阻，以此来减小PLC控制系统的输入以及外部负载的电流。
3、联锁、互锁系统的软、硬件设置
有时候，在系统功能表中并不会具体描述联锁、互锁的功用。但是为了提高系统的可靠性，在软、硬件设计的编程中必须详细考虑并且做到相互配合。这是由于如果仅仅在PLC控制系统内部来研究联锁和互锁，那么在外部电路发生故障时，两者往往会失去其效用。
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只在梯形图中用软件来实现电机正、反转接触器的互锁是不够的，这是由于大功率的电机有时会因为接触器的主触点“烧死”在断电后主电路依旧连通的故障。此时，常闭触点闭合，输出点的定义号失电，若系统输入反转控制命令，反转接触器通电后会发生三相电源短路的事故。
解决上述问题的办法是将这两个接触器的常开辅助触点作为输入点引入PLC输入口，在软件 系统中把两个输入点定义号通过常闭的方式串入相互的输出点线圈中，再用硬接线将两个接触器的常闭辅助触点互相串接在对方线圈的控制回路中，从而实现硬件之间的互锁，达到较为完善的防护作用。
4、故障检测程序的设计
从大量的实践工程得出，PLC控制系统的外部输入、输出元件的故障率远远高于PLC本身的故障率，然而这些元件发生故障时，PLC却并不会自动停止工作。因此，若要提高整个系统的可靠性，除了在硬件上采取相应的措施外，还需在软件中添加故障检测的程序。
（1）时间故障检测法
PLC控制系统的工作循环中每一个工步都有明确且严格的时间规定，以这些时间作为参照点，当需检测的工步形行程开始的同时开启定时器，该定时器时间的设定值要比正常情况该工序起动时间持续的时间长大概52%。当某工步动作时间超过既定标准，达到预置时间还未转入下一个工步动作时，定时器会发出故障信号，从而停止正常的工作循环程序，起动相应报警及显示程序，这便是所谓的“超节拍保护”。
（2）逻辑错误检测法
PLC控制系统在正常工作的情况下，各输入、输出信号和中间记忆装置之间存在着确定的逻辑关系，若逻辑关系出现异常，那么必定是控制系统出了故障。因此，设计人员可以提前编写好常见故障的异常逻辑程序，增入用户程序中以作备用。当此种逻辑关系显示状态为“1”时，必然是系统存在着相应的设备故障，此时便将异常逻辑关系的状态输出作为故障信号，用来实现报警、停机等排障控制。
5、数据和程序的保护
一般4，我们采用锂电池来支持PLC控制系统中的RAM来记录用户的应用程序。但是，这类电池是一次性使用物品，使用寿命大概在5年左右，电量耗尽后应用程序信息将全部丢失。这时候，可以使用ROM写入器将调试成功的程序固化到EPROM/EEPROM中去，应用程序的备份，如软盘或EPROM/EEPROM等必须小心保存。
6、安装与布线采取一定的抗干扰措施
PLC的电源和I/ O电源一般都采用带屏蔽层的隔离变压器供电，在强干扰的工业环境中使用时，其屏蔽层和PLC系统的浮地端子接地，并且接地线的截面积要求不可小于2平方毫米，
保证其接地时候的电阻不超过100欧姆。采用独立的、不与其他设备串联的方式接地，各个连接线和信号线都应尽量保持分开布线，其中模拟信号线和数字传输线要使用屏蔽线并将之接地。
结语：上文介绍了提高PLC控制系统可靠性的几点措施，而在实际设计开发的过程中，设计人员需要充分考虑到对PLC控制系统的各种不利因素，在系统设计中采取适当的保护措施，完全可以保障控制系统安全、可靠地运行。
参考文献：
[1]路华,文立伟,付云忠,王永章.可编程控制器在非标数控机床开发中的应用[J].沈阳工业大学学报. 2005(01)
[2]赖指南,戴瑜兴.一种节省PLC输入点和输入元件的跳步法[J]. 机床电器.2004(03)
论文作者:刘坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：控制系统论文; 可靠性论文; 故障论文; 接触器论文; 系统论文; 程序论文; 元件论文; 《电力设备》2017年第29期论文;