基于PLC控制系统安全可靠运行措施分析 提高控制系统稳定性的措施

　　摘要：介绍可编程控制器在工业控制领域的应用以及PLC在应用过程中，要保证正常运行应该注意的一系列常见问题，分析PLC控制系统干扰因素,主要从硬件方面采取措施,提高PLC在工业应用中的实际抗干扰能力，增强PLC控制系统的可靠性。
　　关键词：PLC；控制系统；可靠性；措施
　　中图分类号：U666.12+4 文献标识码：A
　　1 概述
　　可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC或PC）是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
　　PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。
　　PLC的主要特点如下：
　　1.1 用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数。
　　1.2 可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境；
　　1.3 配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能；
　　1.4 易学易用，照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制采用简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。
　　经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理这两方面具有显著优势，而模拟量闭环控制也已非常成熟。 PLC技术自从引入我国的电力行业后就得到了广泛应用，并发展壮大。
　　2 PLC的应用领域
　　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： （1）开关量逻辑控制；（2）工业过程控制；（3）运动控制；（4）数据处理；（5）通信及联网。
　　3 PLC的应用特点
　　一是可靠性高，抗干扰能力强。二是配套齐全，功能完善，适用性强。三是易学易用，深受工程技术人员欢迎。四是系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造。
　　3.1 安装与布线。动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
　　PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
　　3.2 I/O端的接线。输入接线：输入接线一般不要太长。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
　　输出连接：输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
　　由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。
　　使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。
　　PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制。
　　4 保证PLC安全、可靠运行的措施
　　PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误。因此，为保证PLC的正常安全运行和进一步提高控制系统的的可靠性，在使用过程中仍应采取一定的抗干扰措施。
　　4.1 PLC控制系统工作环境
　　PLC是专为工业控制设计的，对工作环境的要求不高。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。安装PLC应避开大的热源，一般使用环境温度通常控制在0℃ ～55℃范围内，要有足够大的散热空间和通风条件，开关柜上下应有通风百叶窗。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的环境使用PLC时，需将PLC封闭安装。如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。安装PLC时，还应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频焊机和大功率动力设备等。
　　4.2 PLC的电源与接地
　　在PLC控制系统中，电源是干扰进入PLC主要途径之一。电网干扰串入PLC控制系统，主要是通过PLC系统的供电源、变速器供电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。因此在布线时，如遇有较强干扰源或可靠性要求很高的场合时，可在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，屏蔽层和PLC的浮动端子应接地，且接地面积不小于2mm2，接地电阻小于是100Ω。接地线要采取独立接地的方式，不能用与其它设备串联接地方式，否则它会使各设备间产生电位差而引入干扰。对于变速器供电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电应选择分布电容小、抑制带大的配电器，以减少PLC系统的干扰。
　　4.3 PLC的输入/输出接线
　　PLC的输入信号线、输出信号线应尽量分开布线。模拟信号线应分开布线而且要采用屏蔽线，将屏蔽层接地。当输入端或输出端接有感性电源时，对于直流电路应在二端并联续流二极管，如图1所示。对于交流电路，应在它们两端并联阻容吸收电路，如图2所示。采取这些措施，可以防止电感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC的输入、输出端子及内部电源造成的冲击。当PLC的输出驱动的负载为电磁阀或交流接触器之类的元件时，在输出端与驱动元件之间增加固定继电器，进行隔离。
　　4.4 安全保护措施
　　加强PLC控制系统的安全保护措施可以提高其运行的可靠性。其安全保护措施主要可在短路、失压与紧急停车、联锁等方面采取一定的保护措施。
　　为保证PLC及整个系统的安全，在PLC输出线路上要装熔断器，以防止负载短路，最好在每组输出回路上都串联一只容量合适的熔断器。
　　PLC正常工作情况下，当电源消失又重新正常供电或紧急停车信号输入PLC时，PLC能使系统处于停机状态。但当PLC的输出继电器或晶体管毁坏，会使PLC的输出保持为断开，就不能靠PLC来实现失压保护和紧急停车功能。因此，在PLC控制系统中，可在PLC外部负载供电线路中设置失压保护电路和紧急停车电路。
　　PLC控制系统的联锁功能可通过编程来实现，但为了进一下提高系统的可靠性，应在硬件上也采取措施。例如对电机的正反转控制上，光靠软件来实现是不够的，因为接触器在控制大功率电机时，有时会出现因主触点“烧死”而在线圈断电后还不断开的故障，导致正反转线路同时接通而造成三相电源短路事故。解决这一问题的办法可以用硬接线将两个接触器的常闭触点互相串联在对方的线圈控制回路中，实现硬件的互锁。
　　5 结束语
　　随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。在实际应用中，影响PLC控制系统可靠性的因素多种多样，我们要分析各种因素产生的原因，在电路设计和软件编程中采取相应的技术措施，并在实践中不断改进和完善，确保PLC控制系统可以长期、稳定、可靠地运行。
　　参考文献
　　[1]王兆义.小型可编程控制器实用技术.机械工业出版社，2003.
　　[2]宫淑贞.可编程控制器原理及应用.人民邮电出版社，2002.