提高PLC控制系统可靠性的探讨

1、电气传动自动化Electrica l Drive Automation 第22卷第5期2000年10月Vol.22,No.5Oct.,2000提高PLC 控制系统可靠性的探讨刘美俊(湘潭机电高等专科学校,湖南湘潭411101摘要:分析了影响PLC 控制系统可靠性的主要因素,并探讨了提高控制系统可靠性的几种主要措施,这些措施均具有实用价值。关键词:PLC;可靠性;措施中图分类号:TM571.6+.1文献标识码:BInvesti g ation for im p rovin g the reliabilit y of PLC control s y stemLIU Mei_jun(Xian gta

2、n Institute of Machinery &Electricity,Xian gtan 411101,China Abstract:The reliability m ain factors of control system with PLC are analyzed and several main measurements to im prove system reliability are also investigated.These measurements are all practicable for kinds of control system s with

3、 PLC.Keywords:PLC;reliability;measurements1引言可编程序控制器(PLC作为新一代的工业控制器,因其具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学等优点而广泛应用于工业领域。由于PLC 是专业为工业生产环境设计的控制装置,因此一般不需要采取什么特殊措施,就可以直接在工业环境使用。但如果环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,都不能保证PLC 正常、安全可靠地运行。因此,探讨提高PLC 控制系统可靠性的措施具有十分重要的现实意义。2影响PLC 控制系统可靠性的主要因素 由于PLC 控制系统的可靠性直接影响到生产效率和安全,因而它总是在讨论技

4、术要求时要考虑的第一个因素。PLC 控制系统的可靠性通常用平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,简称MTBF来衡量。它表示系统从发生故障进行修理到下一次发生故障的时间间隔的平均值。在实际中往往从以下几个方面来考虑: 对程序和数据的保护; 对工业生产环境的适用性; 故障安全原则,系统间原独立性原则与冗余及容错结构; 运行时的实时性和连续性。3提高PLC 控制系统可靠性的措施在PLC 控制系统的开发过程中,对设法提高其可靠性的措施应贯穿在系统的软、硬件设计的始终,以下简要介绍一般要采取的措施。3.1输入与输出端子的保护当输入信号源为感性元件,输出驱动的负载为感性元件

5、时,对于直流电路应在它们两端并联续流二极管;对于交流电路,应在它们两端并联阻容吸收电路。采取以上措施是为了防止在电感性输入或输出电路断开时,产生很高的感应电势或浪涌电流对PLC 输入、输出端点及内部电源的冲击。如图1所示。文章编号:1005 7277(200005 0050 03(a直流输入输出点的保护(b交流输入输出点的保护图1输入输出点的保护2000年10月刘美俊提高PLC控制系统可靠性的探讨 51在图1(a中,二极管的额定电流应选为1A,额定电压要大于电源电压的3倍;在图1(b中,取电容C为0.1 F/600V,电阻R为100 /(1/2W。或者取电容C为0.047 F/600V,电阻R

6、为22 /(1/2W。当PLC的输出驱动的负载为电磁阀这类的元件时,往往在输出端与电磁阀之间增加固态继电器(SSR进行隔离,如图2所示。3.2输入与输出信号的防错当输入信号源为晶体管,或是光电开关输出类型时,当输出元件为双向晶闸管,或是晶体管输出,而外部负载又很小时,会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流,使输入电路和外部负载电路不能关断,导致输入与输出信号的错误。为此,应在这类输入、输出端并联旁路电阻,以减小PLC输入电流和外部负载上的电流,如图3所示。图3中旁路电阻可按式(1计算:R<U mI1-14I N(1式(1中:I1为输入信号源或输出晶闸管最大漏电流;U m为输入信号电压或

7、外部负载电压的最大值;I N为输入点或外部负载的额定电流。3.3联锁、互锁功能的软、硬件设置在系统功能表上,有时并不出现对联锁、互锁功能的具体描述,但为了系统的可靠性,在硬件设计和编程过程中都必须注意考虑,并应互相配合,有时还要 双管齐下 。因为单纯在PLC内部逻辑上的联锁和互锁,往往在外电路发生故障时就失去了作用。例如对电机正、反转接触器的互锁,仅在梯形图中用软件来实现(如把2个输出点定义号的常闭触点串在对方线圈的控制支路上是不够的。因为对大功率电机,有时会出现因接触器主触点 烧死 而在线圈断电后主电路的仍不断开的故障,这时,其输出点的定义号是失电的,常闭触点闭合,如给出反转控制命令则反转接

8、触器就会通电而造成三相电源短路事故。解决这一问题的办法是将这2个接触器的常开(注意!不是常闭辅助触点作为输入点引入PLC输入口(系统输入点足够,再在软件中把这2个输入点定义号以常闭方式串入对方的输出点线圈中,同时用硬接线将这2个接触器的常闭辅助点互相串接在对方的线圈控制回路中,实现硬件的互锁,这样就可起到较完善的保护作用,如图4所示。在图4的梯形图中,还设置了 按钮联锁 ,即将反转起动按钮控制的X401的常闭触点与正转输出继电路Y430的线圈串联,将正转起动按钮控制的X400的常闭触点与控制反转的Y431的线圈串联,以保证Y430、Y431不会同时为 1 状态。这种 按钮联锁 大大方便了操作,

9、例如,设Y430接通,电机正转,这时如想改为反转运行,可以不按停止按钮SB3,直接按反转起动按钮SB2,X401变为 1 状态。它的常闭触点断开,使Y430线圈失电。同时,它的常开触点接通,使Y431接通,电机由正转变为反转。3.4数据和程序的保护大部分PLC都采用锂电池支持的RAM来存储用户的应用程序。这种电池是不可充电的,寿命一般为5年左右,一旦用完,应用程序将全部丢失。因此,较可靠的办法是把调试成功的程序用ROM写入器固化到EPROM/EEPROM中去。应用程序的备份,如软盘或EPROM/EEPROM等必须小必图2输出点增加SSR的保护图3输入输出点的旁路电阻图4 外部接线及梯形图52

10、第22卷第5期 电气传动自动化 电气传动自动化 征订启事电气传动自动化 是由国家科委批准的国内外公开发行的全国性主要技术刊物之一,主要登载电气传动与自动化领域的新理论、新技术以及在各行各业中的最新应用成果,报道电气传动与自动化专业发展的动态信息,电气自动化工作者的调试、维护与管理经验,反映电控系统装置新产品等。主要读者对象为工矿企业从事电气工作的广大科研与设计人员、技术管理人员、大专院校师生、电气技术人员等。本刊已加入 中国学术期刊(光盘版 和 中国期刊网 ,由本刊编辑部享有版权。本刊稿件要求:符合本刊专业范围,技术内容新颖,有实用价值。论文按题名、作者、作者单位、摘要、关键词(中英文对照、中

11、图分类号、文献标识码、正文及参考文献(附参考文献标识码的顺序用计算机打印投稿并附软盘。其中插图的图形符号应符合国家标准并用计算机绘制,图文清晰。附寄主要作者的简要介绍与1寸黑白免冠照片(限2人。请勿一稿多投。收稿后一个月内通知作者稿件录用与否。文章一经刊登按规定即付稿酬。作者文责自负。本刊为双月刊,国内每期定价为4.00元,邮发代号为54 91,欢迎新老读者到当地邮局办理订阅手续。编辑部地址:甘肃省天水市长开路53号邮编:741018电话:(09388383492转2302传真:(09388384023图5PLC 的接地方式保存。3.5安装与布线的抗干扰措施PLC 电源、I/O 电源,一般都采

12、用带屏蔽层的隔离变压器供电,在有较强干扰源的环境中使用时,或对PLC 工作的可靠性要求很高时,应将屏蔽层和PLC 浮地端子接地,接地线截面积不能小于2mm 2,保证接地电阻不大于100 。接地线要采取独立接地方式,不能用与其他设备串联接地的方式,如图5所示。PLC 电源线、I/O 电源线、输入、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线,而且后者应采用屏蔽线,并且将屏蔽层接地。数字传输线也要采用屏蔽线,并且要将屏蔽层接地。4结束语提高PLC 控制系统可靠性的措施还有很多,本文仅对常用的保护措施进行了探讨。只要在实际开发过程中,充分考虑到对PLC 的各种不