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由圖可見,PLC控制系統的故障主要發生在生產現場設備中，通常占系統故障的95%,.與PLC相接的生產現場設備的可靠性是影響PLC.控制系統可靠性的主要因素。

工業現場的環境條件往往比較惡劣，例如：極高的濕度和溫差變化、強腐蝕、高粉塵、劇烈的沖擊、振動以及各種工業電磁和聲光、輻射干擾等，都可能影響控制系統的正常工作。外界環境對ＰＬＣ控制系統受到干擾的主要途徑是電源線、輸入、輸出線和空間干擾。電源被干擾后,ＰＬＣ控制系統的供電質量變差,引起ＰＬＣ控制失靈。輸入、輸出線被干擾后,出現輸入、輸出控制紊亂。空間干擾主要以電磁感應、靜電感應形式使ＰＬＣ的ＣＰＵ出現誤操作。因此,可以從以下幾方面著手,提高ＰＬＣ系統對抵抗外界干擾的能力。

1.1電源系統

電網的沖擊將直接影響到實時控制系統的精度和可靠性,有時電網的沖擊也將給整個系統帶來毀滅性的破壞。ＰＬＣ系統在其電源進線處最好設置隔離變壓器、浪涌防護器等保護設備,隔離變壓器的屏蔽層良好接地對抑制電網中的干擾信號有良好的效果。同時,輸入輸出電源線使用雙絞線,能減少電源線間的干擾;浪涌保護器可以抑制外部電路中的浪涌電流和尖峰電壓;而對一些特別重要的設備還可以分離供電系統、設置交流穩壓器和ＵＰＳ電源等設備加以防范。

1.2輸入與輸出端子的保護

1.2.1輸入端的保護

ＰＬＣ輸入端最有效的保護方法是外加一級光電耦合器,一旦有高電壓侵入回路時,保護級光耦擊穿,輸入回路被隔離并得到保護。如同更換熔斷器一樣方便地更換損壞的光耦,故障就可得到及時排除。

1.2.2輸出端的保護

在通常情況下,ＰＬＣ的輸出驅動負載有交流和直流負載兩類。對交流負載的保護措施是并聯阻容吸收電路,以防止浪涌電流對ＰＬＣ輸出電路的沖擊;對直流負載的保護措施是并聯續流二極管,以防止關斷時反電勢電壓對ＰＬＣ輸入電路的沖擊。但是,當控制系統的交流用電設備較多(如變頻器、變壓器、ＰＬＣ共處于某一控制系統)及系統的電磁干擾較強時,上述措施已無法有效地抑制干擾對ＰＬＣ及其輸出電路的影響。為此,當ＰＬＣ的驅動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈時,為了提高系統的可靠性,在ＰＬＣ輸出端與驅動元件之間增加過零型固態繼電器ＡＣ-ＳＳＲ。

1.3接地

系統接地對系統的屏蔽接地應采用專用接地方式,接地線直徑在2ｍｍ以上,接地電阻應≤10Ω。同時應將工作地與屏蔽地分開,以防止互相干擾。尤其應該注意的是外部設備及傳輸介質的屏蔽接地,最好是與ＰＬＣ系統共用一個接地帶,如果由于位置等原因無法共用,也必須進行接地處理,且接地電阻也應≤10Ω,以防止由于共模干擾對系統的影響。接地線要采取獨立的方式,不能用與其它設備串聯接地的方式。ＰＬＣ電源線,Ｉ/Ｏ電源線,輸入、輸出信號線,交、直流線都應盡量分開布線。開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線,后者應用屏蔽線,并且將屏蔽層接地。數字傳輸線也要采用屏蔽線,并且要將屏蔽層接地。

1.4選擇合適的接線方式

現場信號線接入ＰＬＣ有兩種方式:單端和差動輸入方式。單端方式就是將信號線負極與ＰＬＣ系統的工作地(即通常所說的負極)接在一起,僅僅將正極接入ＰＬＣ模板的端子,這種接線方式的優點就是節省硬件資源,但容易受到共模干擾,故在外界干擾比較大的地方不宜采用。所謂差動方式就是每一路輸入都獨立地接入ＰＬＣ系統,這種方式對外界的干擾有較強的抵抗力,但端子的利用率較低,一個12位的1771 ＩＦＥ模擬量輸入模板只能接入6路信號,而用單端方式則可接入12路。因此需要根據現場的不同情況選擇不同的接線方式。

2 軟件抗干擾

對ＰＬＣ系統的軟件部分而言,它的可靠性主要是指軟件對錯誤信號的抵抗力、對設備故障的判斷力及對不同工況的適應能力等。因此,可以從以下幾個方面來提高軟件的強健性。 

2.1提高輸入信號的可靠性

ＰＬＣ系統對現場信號的響應速度大多以毫秒為單位,外界設備的微小變化,都會在ＰＬＣ控制程序中得到迅速的響應。而現場輸入信號,由于噪聲、干擾、誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，可能會產生瞬間的電平變化,例如當按鈕作為輸入信號時則不可避免產生抖動，輸入信號是繼電器觸點有時會產生瞬間跳動。這些輸入信號的變化被掃描周期中輸入采樣階段采樣，則會不可避免形成輸入信號的錯誤，引起系統誤動作，造成事故。因此須在信號輸入端設計定時器濾波電路，濾除這種瞬間產生的錯誤信號，從而提高系統抗干擾可靠性。

2.2增加鎖定邏輯,提高系統對設備故障的判斷能力。

ＰＬＣ在每個掃描周期中只在輸入采樣階段對輸入端的輸入信號狀態進行處理。在程序執行階段,即使輸入狀態變化,輸入映像寄存器的內容也不會改變,這將使輸入的高頻率信號或窄脈沖不能得到處理[2]。在實際控制系統中,有一些傳感器主要是用來保護一些關鍵設備的,當某些工藝參數達到這些傳感器的設定值之后,這些傳感器向ＰＬＣ傳遞一個報警信號,使ＰＬＣ控制程序發出相應的控制命令,但存在這樣一個現象:當設備做出相應的動作后,工藝參數隨之恢復正常,傳感器不再發出報警信號。這樣就導致這些報警信號持續時間非常短,遠小于采集時間,導致無法采集到這個變化,因此也就沒有相應的報警顯示。表現為設備運行狀態發生變化,但不知道原因。為防止這種情況出現可以在ＰＬＣ程序中增加鎖定邏輯,當出現異常工況時,對異常情況進行鎖定,這就避免了當上述的現象發生時,無法得知具體的故障部位和故障原因,為判斷設備故障提供了一定的依據。

2.3跟蹤現場設備的動作時間,保護設備安全。

當ＰＬＣ控制程序向現場設備發出動作命令后觸發計時器動作(計時器的時長為設備正常執行完命令所需時間),當設備在正常時間內完成規定動作后,復位計時器;否則給出報警提示,提示設備可能發生故障,并停止該設備及關聯設備的動作,防止對設備造成損壞。

3結束語

ＰＬＣ控制系統的抗干擾可靠性設計是一項較為復雜的系統工程,它涉及以生產工藝流程、控制理論、硬件/軟件選型、儀表、傳感器、信號抗干擾、接地、防雷等多方面的知識。同時,還必須具備較為豐富的工程現場施工經驗,才能夠設計出具有高科學性、高可靠性、高實用性的ＰＬＣ控制系統。實踐證明以上這些方法都對提高系統的可靠性起到了作用。

參考文獻:

[1] 熊幸明,PLC控制系統的可靠性設計 [J].自動化儀表2004.4

[2]. 陳宇.1998.可編程控制器基礎及編程技巧[M].廣州:華南理工大學出版社.