一、引言
PLC是可編程序控制器，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。高集成度微電子器件的使用使其可靠性大大增大，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器。但由于其工作環(huán)境惡劣，對(duì)于PLC控制系統(tǒng)的可靠性仍有待于提高，來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)其可靠性的影響。一般情況下，可編程序控制器PLC以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備共同組成PLC控制系統(tǒng)，其中PLC包括中央處理器、主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)以及外部設(shè)備，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括觸摸屏、工控機(jī)、繼電器、接觸器、接近開(kāi)關(guān)、極限位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)、安全保護(hù)、傳感器、儀表、接線盒、接線端子、電動(dòng)機(jī)、電源線、地線、信號(hào)線等。只有使以上的每一個(gè)部分的可靠性得到保證，才能使整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的可靠性得到保證。
二、影響PLC系統(tǒng)可靠性的干擾源
通過(guò)對(duì)影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源進(jìn)行分類(lèi)，以其為分界，可分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。內(nèi)部干擾源的有法原因主要包括：在對(duì)元器件進(jìn)行布局時(shí)存在不合理性，使內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)互相干擾；線路中有電容性元件的存在，使其產(chǎn)生寄生振蕩；其外部干擾源主要原因有供電電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)，高次諧波產(chǎn)生的干擾，由于開(kāi)關(guān)通斷形成的高、低頻干擾，部分強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)從而產(chǎn)生的干擾；其它設(shè)備由于串入控制系統(tǒng)的電容耦合而產(chǎn)生的干擾等等。
干擾源的干擾途徑主要是在電源線、輸入、輸出線和空中等部位。發(fā)生在電源線上的干擾會(huì)使供電質(zhì)量下降，使PLC控制的靈敏度降低；發(fā)生在輸入、輸出線上的干擾會(huì)使PLC控制發(fā)生紊亂；發(fā)生在空中的干擾會(huì)使PLC的CPU操作失誤。
了解影響PLC控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的因素及解決方案
三、采取的硬件措施保證PLC系統(tǒng)的可靠性
1.抑制電源干擾
一般情況下，PLC系統(tǒng)電源與供電系統(tǒng)的動(dòng)力電源是分離的，在進(jìn)入PLC系統(tǒng)之間加屏蔽隔離變壓器。在隔離變壓器的次級(jí)側(cè)與PLC系統(tǒng)間使用大于等于2m2的雙絞線。在一、二次側(cè)的兩線圈之間放置屏蔽體，并與大地相連，這樣可以有效的避免線圈間的直接耦合。對(duì)于消除電源諧波可以通過(guò)在隔離穩(wěn)壓器前使用濾波器的方法。
2.抑制線間干擾
在PLC控制系統(tǒng)的線路中主要包括電源線、輸入/輸出線、動(dòng)力線和接地線，若不限存在問(wèn)題，則會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾，因此控制系統(tǒng)的布線對(duì)于布線間距以及線路的繞圈情況等是有要求的，必須嚴(yán)格按要求進(jìn)行布線。
（1）地線的連接
控制系統(tǒng)采用正確的接地方式，是安全的保證也是抑制干擾的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及電容式三種，對(duì)于PLC系統(tǒng)而言由于其屬高速低電平控制裝置，因而采用直接式。
（2）電源線、I/O線與動(dòng)力線的連接
動(dòng)力電纜屬于高壓大電流線路，若系統(tǒng)的配線接近則會(huì)產(chǎn)生干擾，因此在進(jìn)行布線時(shí)要將PLC的輸入輸出線與其他控制線分開(kāi)，避免使用一條電纜。在對(duì)外部進(jìn)行布線時(shí)對(duì)于控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線三者的間距一般控制在30cm以上。若實(shí)際情況不允許，只能提供同一線槽布線時(shí)，要使用金屬板將其三者間隔屏蔽，此時(shí)金屬板需與地連接。采用此布置原則可以使外界磁場(chǎng)以及這三者之間的相互干擾得到減少。
3.抑制外圍設(shè)備干擾
（1）PLC的輸入與輸出端子的保護(hù)
為避免電感性輸入或輸出電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的較高的感應(yīng)電勢(shì)對(duì)PLC產(chǎn)生較大的沖擊影響，且PLC的驅(qū)動(dòng)元件主要由電磁閥和交流接觸器線圈時(shí)，在驅(qū)動(dòng)元件與PLC輸出端中間使用過(guò)零型固態(tài)繼電器AC-SSR是行之有效的解決方式。
（2）輸入與輸出信號(hào)的防錯(cuò)
為減少PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流一般采取并聯(lián)旁路電阻在輸入、輸出端的方式。
（3）漏電流
當(dāng)采用接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等DC兩線式傳感器輸入信號(hào)時(shí)，若漏電流較大時(shí)，應(yīng)考慮由此而產(chǎn)生的誤動(dòng)作，使PLC輸入信號(hào)不能關(guān)斷。此時(shí)可以采用在PLC輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控硅為輸出時(shí)，為避免漏電流等原因引起輸出的元件關(guān)斷不了，也可以在輸出端并聯(lián)一旁路電阻。
（4）浪涌電壓
在控制器為觸點(diǎn)輸出時(shí)，不管該控制器本身是否能夠抗干擾，對(duì)于交流負(fù)載采取RC吸收，對(duì)于直流負(fù)載采用續(xù)流二級(jí)管來(lái)對(duì)感性負(fù)載產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行吸收。
（5）沖擊電流
用晶體管或雙向可控硅輸出模塊對(duì)白熾燈或其他的有較大電源的負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要在PLC輸出端與旁路電阻進(jìn)行并接或負(fù)載串聯(lián)使電阻限流來(lái)保護(hù)輸出模塊。
4.抑制電磁干擾
根據(jù)PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾干擾模式的不同，可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，在采用隔離性能差的配電器供電時(shí)，共模電壓會(huì)比較大，有的甚至可以高達(dá)130V以上。共模電壓與差模電壓的轉(zhuǎn)換可通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路，對(duì)其測(cè)控信號(hào)直接產(chǎn)生了影響，使元器件發(fā)生損壞。共模干擾既可以是直流又可以是交流。信號(hào)兩極間的干擾電壓稱(chēng)為差模干擾，對(duì)于測(cè)量與控制精度都有極大的影響。為了對(duì)上述電磁干擾進(jìn)行抑制來(lái)保證PLC控制系統(tǒng)的可靠性，一般采取以下三種措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。
5.安裝中的抗干擾措施
PLC控制系統(tǒng)所處的環(huán)境對(duì)其自身的抗干擾能力也存在一定的影響。因此在安裝時(shí)應(yīng)注意：
（1）濾波器、隔離穩(wěn)壓器應(yīng)設(shè)在PLC柜電源進(jìn)線口處，不讓干擾進(jìn)入柜內(nèi)，或盡量縮短進(jìn)線距離。
（2）PLC控制柜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓柜、大動(dòng)力設(shè)備、高頻設(shè)備。
（3）PLC控制柜要遠(yuǎn)離繼電器之類(lèi)的電磁線圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點(diǎn)。
（4）整臺(tái)PLC機(jī)要遠(yuǎn)離發(fā)熱的電氣設(shè)備或其它熱源，并置放在通風(fēng)良好的位置上。
（5）PLC程控器的外部要有可靠的防水系統(tǒng)以防止雨水進(jìn)入，造成機(jī)器損壞。
四、采取的軟件措施保證PLC系統(tǒng)的可靠性
1.輸入輸出信號(hào)的可靠性的提高
對(duì)于提高輸入輸出信號(hào)的可靠性主要有以下三種方法：開(kāi)關(guān)型傳感器信號(hào)的“去抖動(dòng)”措施、數(shù)字濾波、以及指令冗余。
2.信息的保護(hù)和恢復(fù)
偶發(fā)性故障一般不會(huì)對(duì)PLC內(nèi)部的信息造成破壞，在故障消失后信息即可恢復(fù)，使原來(lái)的工作繼續(xù)。在PLC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，要立馬將現(xiàn)狀態(tài)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器，并通過(guò)相應(yīng)的軟件對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，使外界不能對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作，以防止存儲(chǔ)器信息的丟失。當(dāng)外界環(huán)境恢復(fù)正常時(shí)，檢測(cè)到外界環(huán)境正常后PLC可繼續(xù)進(jìn)行原來(lái)的工作程序。
3.互鎖功能的設(shè)置
互鎖功能在大多數(shù)的工藝控制并無(wú)明確的要求，但出于對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性的考慮，在硬件設(shè)計(jì)和編程中必須加以考慮。因?yàn)镻LC內(nèi)部邏輯上的互鎖會(huì)在外電路發(fā)生故障時(shí)失效。
4.故障檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)
在故障的發(fā)生頻率的統(tǒng)計(jì)中，PLC本身的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PLC外部的輸人、輸出元件的故障率。當(dāng)外部的元件發(fā)生故障時(shí)，一般PLC不會(huì)自動(dòng)停機(jī)。要想使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步的提高，還需要在軟件中增加故障檢測(cè)程序。采用的檢測(cè)方法主要有時(shí) 間故障檢測(cè)法以及邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)法。
5.軟件容錯(cuò)
在程序編制中對(duì)軟件容錯(cuò)技術(shù)的采用，能夠使PLC在信號(hào)出錯(cuò)的情況下及時(shí)的甄別錯(cuò)誤，并能不受錯(cuò)誤信號(hào)的影響繼續(xù)工作。
其工作過(guò)程主要是：對(duì)于對(duì)設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響的故障信號(hào)，在程序中采取不同時(shí)間的判斷，以避免“偽報(bào)警”情況的出現(xiàn)。在延時(shí)后若信號(hào)未消失則采取進(jìn)一步的行動(dòng)。
這樣的邏輯順序可以使系統(tǒng)在個(gè)別信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，其正常的邏輯功能不受影響。
五、結(jié)語(yǔ)
PLC控制系統(tǒng)是由硬件與軟件雙重決定的，對(duì)于這兩方面采取的改進(jìn)措施是提高系統(tǒng)可靠性的重要手段，在上述提到的改進(jìn)方式都是經(jīng)過(guò)實(shí)踐得出的切實(shí)可行的手段，在對(duì)提高PLC系統(tǒng)的可靠性中起到了非常重要的作用。