趙 聰

（貴州大學，貴州貴陽 550025）

PLC PLC自動控制系統(tǒng)可靠性提升研究

趙 聰

（貴州大學，貴州貴陽 550025）

隨著我國工業(yè)快速發(fā)展，各種自動化系統(tǒng)也在不斷得以運用與完善，PLC自動控制系統(tǒng)結(jié)合了可編程控制器和繼電器控制器的優(yōu)點，形成一套完整的、自動化的控制系統(tǒng)。PLC自動控制系統(tǒng)由于在數(shù)據(jù)傳輸以及硬件設備使用的過程中易出錯，從而降低PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性，因此本文就如何提升PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性展開論述。

PLC；自動控制系統(tǒng)；控制器；報警系統(tǒng)

典型的PLC控制系統(tǒng)是由一個中央控制單元進行控制，對所收集的信息進行分析，例如故障原因、動態(tài)查詢等，當這些信息經(jīng)過分析之后，中央控制單元會根據(jù)實際情況做出選用幾臺PLC的決定。事實上，可編程控制器本身就具有很高的可靠性，為什么PLC自動控制系統(tǒng)吸收了它的可靠性之后還不可靠呢？這主要是因為各個區(qū)域的合作與信息的傳輸、共享都是通過數(shù)字信號輸入輸出來實現(xiàn)的，如果數(shù)字信號在輸入的時候出現(xiàn)錯誤，那么就可能造成輸出結(jié)果出現(xiàn)錯誤。

1 控制系統(tǒng)可靠性降低的原因

1.1 造成現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯的主要原因

造成現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯的主要原因都是在設備故障上，主要是在傳輸信號線、機械開關和機械觸點這三個零部件上出現(xiàn)問題［1］。

首先是傳輸信號線。在平時的操作中，傳輸信號線會出現(xiàn)經(jīng)常性的拉扯，長此以往，信號線就有可能無法正常工作。同時在日常的維護中，如果沒有進行定期的維護與更換，可能會出現(xiàn)傳輸線老化或者被老鼠等啃噬，造成傳輸線短路或斷路，導致現(xiàn)場信號無法通過傳輸信號線傳遞給PLC。其次是機械開關。機械開關如果因為接觸不良也不能很好地將信號傳遞給PLC，其中還有變送器，變送器反映的是現(xiàn)場的一個非電量的偏差數(shù)值，這個數(shù)值如果出現(xiàn)大幅度的錯誤，都有可能造成變送器不能正常工作，那么整個自動控制系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障。最后是機械觸電。一般來說，在PLC自動控制系統(tǒng)中機械觸電只會閉合一次，但是如果機械觸電出現(xiàn)抖動的情況，那么傳輸?shù)絇LC中央控制單元的數(shù)據(jù)就是機械觸點閉合多次，所以這個指令自然會造成可靠性降低。雖然會有濾波電路進行微分指令，但是因為PLC的掃描時間過短，所以還是會有可能出錯。

1.2 造成執(zhí)行機構(gòu)出錯的主要原因

執(zhí)行機構(gòu)出錯主要是因為零部件出現(xiàn)信號傳輸問題。首先因為控制變頻器自身出現(xiàn)故障。控制變頻器的工作職能是根據(jù)PLC發(fā)出的指令進行整個機器設備的頻率調(diào)整，如果控制變頻器出現(xiàn)故障，雖然收到了PLC發(fā)出的指令，但是自身卻沒辦法將指令發(fā)送出去，也就是說變頻器所帶的電動機無法執(zhí)行工作，就會造成執(zhí)行機構(gòu)出錯?？刂曝撦d的接觸器如果出現(xiàn)故障，也會造成執(zhí)行機構(gòu)不能按要求完成指令中規(guī)定的動作。此外，其他的一些零部件也有可能使執(zhí)行機構(gòu)出錯，例如電動閥、電磁閥等。這些零部件在執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行任務的過程中起控制作用，所以一旦有什么問題，電動閥和電磁閥等零部件不能有效地發(fā)揮作用，導致執(zhí)行出錯，那么整個執(zhí)行機構(gòu)就有可能深受影響，發(fā)生嚴重的故障［2］。

從上面的分析中我們可以看出，造成PLC出錯的主要原因有兩大類，一是數(shù)字信號傳輸出錯；二是執(zhí)行機構(gòu)出錯。因此，在實際操作中，不僅要關注信號傳輸問題，還應該檢測執(zhí)行機構(gòu)是否出現(xiàn)錯誤。本文認為，要想真正地提高PLC的可靠性，僅僅在數(shù)字信號傳輸過程以及執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行過程進行監(jiān)督與檢查是不夠的，同時還應增加故障報警系統(tǒng)。

2 提高輸入信號可靠性

2.1 電氣元器件

從前面的分析中我們可以明確地看出，很多時候PLC自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障都是因為各個元器件不能有效地工作而引起的。如信號傳輸線老化、被老鼠啃噬等造成信號線短路或者斷路，從而不能進行正常的信號傳輸。再如在執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)故障的時候，也有可能是因為控制變頻器不能正常工作造成的。所以本文認為，在實際操作中，如果想要提高PLC自動控制系統(tǒng)輸入信號的可靠性，就應該使用質(zhì)量好的電氣元器件，或者經(jīng)常對電氣元器件進行日常的維修與保養(yǎng)，使電氣元器件盡可能不出現(xiàn)問題。從表面上來看這也許會增加企業(yè)的成本，但是從長遠來看，這樣的一個操作方式，必然會提高整個系統(tǒng)的工作效率，對企業(yè)而言也是有利的。

2.2 數(shù)字濾波

機械觸點抖動是造成信號傳輸出錯的一個主要原因。機械觸點在使用時間久了之后就會出現(xiàn)這種情況，如果這樣就進行更換的話，成本會增加很多。在實際操作中，有些使用者在機械觸點的梯形圖中增加數(shù)字濾波，在數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字濾波梯形圖時，只有當機械觸點完全閉合之后，計時器才會根據(jù)觸點的閉合情況進行記錄，那么系統(tǒng)在這個時候就能夠準確地做出反應，而不會出現(xiàn)記錄出錯的現(xiàn)象。

2.3 利用控制系統(tǒng)自身的特點來判斷信號的可靠性

有時候僅僅通過觀察，就可以知曉PLC自動控制系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障。例如在判斷位移控制的時候，因為兩點之間的距離是已知的，那么在其他條件不變且不影響位移控制的時候，被控物體的運動速度已知，這時候的位移速度我們能夠通過簡單的計算得出來。如果這個時候PLC控制系統(tǒng)接收到信號指示，也就是通過位移開關傳輸?shù)臄?shù)字信息和我們估算的位移數(shù)據(jù)相差過大的話，那么我們應考慮一下是位移開關出現(xiàn)了問題，還是傳輸信號線出現(xiàn)問題，這個問題也是可以通過觀察來判斷。因為位移開關上有液位計度器，所以可以通過查看液位計度器的方式予以判斷。如果液位計度數(shù)上的數(shù)據(jù)和估算數(shù)據(jù)一致，就應該首先考慮是不是信號傳輸線出錯了。如果液位計度數(shù)和我們估算的數(shù)值不一致，或者說相差很大的話，那么我們應該首先考慮是不是限位開關出錯了，根據(jù)故障報警系統(tǒng)的提示進行相應的維修，如果維修之后，故障仍然存在的話，我們再考慮是不是信號傳輸線出現(xiàn)了問題。

3 提高執(zhí)行機構(gòu)可靠性

3.1 接觸器控制

在PLC自動控制系統(tǒng)中，一般通過接觸器來控制負載，所以在考慮接觸器控制是否存在故障時，我們主要是看接觸器閉合后負載是否同時啟動，而接觸器釋放時負載是否停止。圖1中所示的梯形圖是用來判斷接觸器是否能夠可靠動作的一個傳輸線操作。

圖1 接觸器故障檢測梯形圖

如圖1所示，X2、Y2、X3都是在接觸器控制系統(tǒng)中起主要作用的三個零部件，這三個零部件分別起著控制、傳輸和輔助的作用。TIM011是一個計時器，這個計時器主要是起故障提示的作用。一般來說，在正常情況下，如果接觸器正常運作的話，計時器上的時間應該和計算器斷開的時間是一致的，但是如果計時器上的時間和接觸器斷開的時間不一致，就表明接觸器出現(xiàn)故障，這時R1作為指示燈就會亮起，表示接觸器出現(xiàn)故障，當工作人員或維修人員看到R1燈亮起的時候，就應明白接觸器出現(xiàn)故障，需要進行維修。

3.2 電動閥門延時時間的設置

電動閥門故障檢測同樣是通過一個計時器來進行控制與提示的。如圖2所示，TIM012是一個計時器。當電動閥門開啟或者關閉時，需要給計時器設置一個延時時間。在圖2中Y3位電動閥門，X4位閥門開啟的條件，也就是說當X4閉合后，Y3就會運作。當Y3從開啟到閉合的時間與計時器上的時間吻合時，傳輸?shù)絇LC自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)兩者是一致的，那么就表明電動閥門是正常運轉(zhuǎn)的。但是如果傳輸?shù)絇LC自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致，主要是計時器的時間顯示要比電動閥門到位時間長，那么就表明電動閥門出現(xiàn)故障，這時候信號指示燈R2就會亮起，從而提示工作人員或維修人員電動閥門出現(xiàn)故障，需要進行維修。

圖2 電動閥門故障檢測圖

4 完善故障報警系統(tǒng)

前面提到，雖然造成PLC自動控制系統(tǒng)可靠性降低的原因主要是數(shù)字信號傳輸和執(zhí)行機構(gòu)故障，但是在這些故障出現(xiàn)前后，如果有故障報警系統(tǒng)進行提示或在檢測維修的時候有故障報警系統(tǒng)提示，那么在平時的日常維修與保養(yǎng)中以及故障發(fā)生后的檢測與維修中操作的難度都會大大降低，同時也能更加地節(jié)省成本，間接增加系統(tǒng)工作的時間，提高工作效率與運轉(zhuǎn)效率。本文認為在PLC自動控制系統(tǒng)中可以設計三級故障報警系統(tǒng)，根據(jù)不同的故障，可以展現(xiàn)不同的功用。

4.1 一級故障報警設置

一級報警系統(tǒng)的作用是為了進行設備的日常檢測，也就是在PLC自動控制系統(tǒng)的各控制面板上都裝有一個指示燈。當控制器處于正常運行的狀態(tài)，指示燈就會常亮，但是如果控制器出現(xiàn)故障的話，指示燈就以一種固定頻率閃爍的方式提示工作人員或者維修人員該控制器已經(jīng)出現(xiàn)故障，需要進行維修。但如果僅僅是依靠指示燈進行日常的監(jiān)測，一旦指示燈出現(xiàn)問題，那么我們很難辨別究竟是指示燈壞了還是控制器出現(xiàn)故障，所以所有的指示燈都應該盡可能地采用并聯(lián)的方式連接，并且在線路中還應該接入一個控制開關。當持續(xù)按該按鈕時，所有的指示燈應該是全亮的，如果有指示燈不亮，就表明該指示燈出現(xiàn)故障。如果持續(xù)按該按鈕，所有指示燈都是亮的，那么說明所有指示燈都是能正常工作的，當按鈕復位后，所有指示燈又恢復到正常工作的狀態(tài)。

4.2 二級故障報警設置

二級故障報警設置在控制室的操作平臺上。控制室操作平臺指示燈的工作原理和控制面板上指示燈的工作原理是一致，只是二級故障報警裝置監(jiān)控的是整個設備的工作狀態(tài)，當設備的某一個零部件出現(xiàn)問題時，該部位的指示燈同樣以一種同樣頻率的閃爍提醒工作人員或者操作人員設備已經(jīng)出現(xiàn)故障，需要進行維修。同時，為了保證各指示燈不在出現(xiàn)問題的情況下工作，在各指示燈并聯(lián)的同時也應該設有一個檢測按鈕，操作方式與運作原理和一級故障報警裝置一致。

4.3 三級故障報警設置

三級故障報警設置在控制室信號箱內(nèi)。三級故障報警系統(tǒng)檢測的是整個系統(tǒng)的行為。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，傳輸?shù)叫盘栂鋬?nèi)的信號就會與預先設定的信號不符，信號箱內(nèi)的指示燈就會亮起，從而提示工作人員或者維修人員系統(tǒng)已出現(xiàn)故障需要進行維修。這里需要指出的是，因為這個是涉及整個PLC自動控制系統(tǒng)的，所以對一些嚴重故障或者是關系到整個系統(tǒng)是否能夠正常運行的故障，在進行維修時，應讓PLC自動控制系統(tǒng)停止工作，不然可能會發(fā)生安全事故或者使整個系統(tǒng)處于更糟糕的狀態(tài)。如果只是一些小故障，故障的存在或者故障在維修的過程中并不會對整個系統(tǒng)的其他工作產(chǎn)生影響，那么就可以讓PLC自動控制系統(tǒng)帶故障工作，這樣可以減少系統(tǒng)的停工時間，從而提高系統(tǒng)的效率。

5 結(jié)論

綜上所述，PLC自動控制系統(tǒng)具有單個控制器不具備的眾多優(yōu)點，同時又能吸收其他控制器的優(yōu)點，所以近些年來使用范圍越來越廣。但是在使用頻繁的過程中，也出現(xiàn)了可靠性低的問題。本文對造成PLC自動控制系統(tǒng)可靠性低的原因進行分析，針對兩大類原因提出了提高PLC自動控制系統(tǒng)可靠性的措施。最后根據(jù)實際操作中遇到的現(xiàn)象，提出了應該在自動化控制系統(tǒng)中增加一套故障報警裝置，提高故障報警效率。

［1］馬宗禹，鄭寧.論PLC自動控制系統(tǒng)可靠性研究［J］.科技致富向?qū)В?014（2）：7-10.

［2］董瑞龍，孫建平.PLC自動控制系統(tǒng)可靠性分析［J］.數(shù)字技術與應用，2014（9）：21-24.

［欄目責任編輯 邵冰欣 郵箱shaobx0729@163.com］

Discussion on the Reliability Im provementof Plc Automatic ControlSystem

Zhao Cong
（Guizhou University 550000）

Along with the fast development of industry in our country，all kinds of automatic systems also have continuous improvement and application，PLC automatic control system combined the advantages of programming controller and a relay controller，formed a complete set of automatic control system.Because PLC automatic control system in the process of data transmission and hardware using process tends to be wrong，thus reducing the reliability of PLC automatic control system.This paper discussed how to enhance the reliability of PLC automatic control system..

PLC；automatic control system；controller；alarming system

TQ085.4

：A

：1003-5168（2015）03-0067-3

2015-2-26

趙聰（1990.1-），男，在讀碩士，研究方向：機械電子工程。