PLC控制系统可靠性与安全性的设计

PLC控制系统可靠性与安全性的设计

[摘要] 分析了影响PLC控制系统可靠性与安全性的主要因素，提出提高系统可靠性与安全性的几种方法。这些方法对工业中运用PLC控制系统具有普遍意义与实用价值。

[关键词] PLC控制系统 可靠性 安全性

一、引言

可编程控制器PLC是专为工业生产环境设计的控制装置，具有程序设计简单、组合灵活、维修方便和功能强大等优点，如今已广泛应用于工业各领域。但多数工业环境都比较恶劣，通常会有高温、灰尘、磁电场的影响和干扰，这些干扰往往对系统工作的可靠性造成很大的影响。因此，如何对抗干扰、提高PLC控制系统可靠性，提高工作效率，有重要的意义。

二、影响PLC控制系统可靠性和安全性的主要因素

PLC是专门为工业生产环境设计的控制装置，与传统的继电器控制系统相比，它采用程序记忆网络取代了机械记忆网络，所以它具有可靠性高，抗干扰能力强的特点，故一般不用采取特别措施，就可以直接在工业环境中应用。一般来说，执行程序的CPU很少出现故障，但其电源模块、I/O模块、存储模块及其外用线路，由于设计不合理、使用维护不当，或者由于软件故障，常常使PLC自动控制系统出现这样或者那样的故障，从而影响到整个系统的正常运行。

三、提高PLC控制系统可靠性和安全性的方法

从影响PLC控制系统可靠性和安全性的主要因素入手，想要提高PLC控制系统可靠性和安全性，必须从下面几个方面考虑：

（一）工作环境和安装注意事项：

按技术指标规定，PLC工作环境温度为0~55度，工作环境湿度为45%~96%，因此，不要把PLC安装在高温、雨淋的场所，不宜把PLC安装在有灰尘、油烟的场所，也不能安装在有剧烈振动、冲击的地方。如果环境恶劣，应采用相应的通风、防尘、防振措施。

PLC不能与高压电器安装在同一开关柜内。在控制柜内，PLC应远离强干扰源与动力线，避免强信号的干扰。输入线、输出线与控制线应分开布线，并保持一定的距离。开关量与模拟量的I/O线也应分开敷设。

（二）系统的供电

各种干扰信号往往是从电源线进入PLC的，在干扰较强或可靠性要求较高的场所，动力部分、控制部分PC和I/O电源应分别配线，用带屏蔽层的隔离变压器给PC供电，隔离变压器和PC之间采用双绞线连接。如下图。

（三）I/O电路的正确配线

当PLC的输入端或输出端接有感性元件时，在直流感性元件两端应并联续流二极管，在交流感性元件两端并联阻容吸收电路，如图：

若使用接近开关、光电开关作输入信号，由于这类传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号，可在输入端并联旁路电路，以减小输入电阻。如图：

（四）用软硬件互锁设计，防止误信号与误操作

在PLC的输出装置中，有的执行元件有两个动作，如电动机的正反转，若两个动作同时进行，会造成执行元件的损坏，甚至会造成短路的重大事故，因此需要进行互锁设计。互锁设计有硬件互锁与软件互锁设计两种，硬件互锁一般在输出端实现，如图：

软件互锁分动作优先和信号优先两种，动作优先指先进入信号优先，后进入信号从前输出信号OFF有效，其梯形图如图1所示。从图1中可见，执行元件01000的动作优先于01001；输入信号优先是指，即使先进入信号使输出ON后进入信号也是前输出为OFF，用新的信号使输出为ON。其梯形图如下图2。

（五）利用TIM定时器的作用来提高PLC的安全性

1、用定时接通电路，确保关键部件动作可靠

在传动装置里，震动不可避免，行程开关与按钮（尤其是常闭型）常常因为震动而发生误信号。根据震动发讯时间短的特点，用定时器经过0.02S的延时动作，可消除误信号。

2、用延时切断电路，提高PLC的安全性。

在传动装置里，常用电磁阀作为执行元件。电磁阀的特点是传动快，但其电流大工作时间短，若停止信号有误，会导致电磁阀长时间通电，这对电磁阀与PLC十分不利，此时采用启动延时切断可解决这个问题

四、结束语

影响PLC控制系统可靠性和安全性的主要因素是与PLC接口的输入、输出部分的可靠性有关的。在安装配线时，要考虑到对PLC的各种不利因素，同时在进行梯形图设计时要充分利用PLC的软元件（如定时器，计数器、辅助继电器等），可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作，提高PLC控制系统的可靠性与安全性。

参考文献：

[1]朱家建 . 《单片机与可编程控制器》第二版（高等教育出版社）2000年.

[2]《可编程控制器基本原理及应用分析》（广州市振欣自动化系统有限公司培训教材）20001年.

[3]黄净.《电器及PLC控制技术》（机械工业出版社）2008年.