淺談PLC控制系統的可靠性

1 主要技術性能及技術要求

　　(1)西門子S7—400控制系統(開關量和模擬量)。要求設備工作環境溫度20-25℃，防震、防塵、防電磁干擾，相對濕度20%-70%無冷凝;一個基架上模板的安排原則是：能夠插入的模板數，受它們從超級背板總線取得的電流值的限制(具體參見各模板的技術要求)。

　　(2)多個機架配置的S7—400模板安排原則。接口模板總是位于3號槽，第1個信號模板的左邊。每個機架上不應超過8個槽板，模板總是位于接口模板的左邊。能插入的模板數受S7—400背板總線允許提供電流的限制，每1排或每1機架

　　總是電流耗量不能超過1.2 A。

　　(3)CPU工作時可選的電源：200—240 VAC、24 VDC。

　　(4)選用電源模板總電量不能低于或等于輸入、輸出單元的電流總耗量。

　　(5)CPU模板有后備電池，起防電程序丟失的功能。

　　(6)系統應單獨接地，接地電阻R≤4 n。

　　2 影響PLC控制系統可靠性的主要因素

　　PLC控制系統的可靠性直接關系到整個生產效率和安全，不論是硬件、還是軟件或者外圍設備，只要其中某一環節出問題都將導致停產。因而它是討論技術要求的首要因素。圖1為分析PLC控制系統故障圖。

　　由圖1可見，只有5%的故障發生在可編程控制器中，這說明可編程控制器本身的可靠性遠高于外部設備的可靠性，90%的故障發生在I/O模板中，只有10%的故障發生在控制器中。說明發生在可編程控制器CPU、存儲器、系統總線和電源中的故障只占系統總故障的0.5%，而發生在I/O模板中的故障也只占系統全部故障的4.5%。分析可見，通常，在實際應用中往往從以下幾方面來考慮：　

　　(1)要注意外部設備的選擇，縮短大量的維修時間。

　　(2)數據和程序的保護。大部分PLC控制系統都采用鋰電池支持的RAM來存儲用戶的應用程序，一般一支電池的壽命為5年左右，用完后應用程序將全部丟失。因此一些重要的地方常采用存儲卡來存儲用戶的應用程序。將程序及技術資料作為存檔保存起來。以防后備使用。

　　(3)安裝與布線要采取一定的抗干擾措施。一般PLC電源都采用帶屏蔽層1：1隔離變壓器供電，在有較強干擾源的環境中使用時，應將屏蔽層和PLC浮地端子接地，接地線面積不能小于2mm2。接地線要采取獨立的方式，不能用與其它設備串聯方式接地。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該分開布線，后者應用屏蔽線，并且將屏蔽層可靠接地等等。

　3 提高PLC控制系統可靠性的方法

　　在PLC控制系統的設計過程中，提高其可靠性的方法貫穿在系統和軟、硬件和外圍設備設計的始終。

　　3.1 重視安裝

　　提高PLC控制系統可靠性是一項長期、持久的工作。首先，施工和安裝是非常重要的環節，必須嚴格把關，這樣可減少投產故障率。其次，要保證檢修質量，特別是技改線路改動和系統改造，是目前的當務之急。否則，幾年的系統改造后，大量線路的更換，線號丟失及程序變更，該記錄備份的沒有做記錄等。致使維護工作量加大，可靠性得不到保證。這一項是人們極易疏忽的，必需引起高度重視。

　　3.2 老化篩選法

　　通常我們用“老化篩選”的方法，就是結束“早期”，延長“偶然期”，“損耗期”及時更換來提高PLC系統的可靠性。該方法主要用于不可修復元件。PLC控制系統的失效率是與時間有關。我們將設備元件的故障率y(t)隨時間變化劃分為三個時期進行分析，如圖2所示。這種變化曲線通常稱故障率曲線也稱為浴盆曲線。

　　(1)早期故障較高(O～t0期間)。主要是由于系統內在設計錯誤、元器件質量、安裝和工藝缺陷等不合理原因引起，但隨時間的增加故障率迅速降低。這一時期的主要任務是盡早找出不可靠的因素使系統盡快穩定下來。

　　(2)偶然期故障期(t0～t1期間)比較穩定，也可稱為隨機故障期。此時期故障是隨機發生的，系統的故障率zui低而且穩定，可視為常數。這一時期是系統的狀態期，在運行中應以加強維護延長這段時期的時間，應做好定期檢修和維護工作。

　　(3)損耗期(t1之后)故障率上升，這是因為常時間以來構成系統的某些零件已經老化耗損，壽命衰竭機械和電氣磨損以及絕緣的老化所引起。在這段時期中大部分元件要開始失效。如能事先知道損耗開始的時間，事先更換元器件，延長系統的有效壽命。推遲耗損故障期的到來。

　　4 PLC控制系統的安全設計方法

　　盡管PLC的運行是安全、可靠的，作為一個系統來說，穩定可靠仍然是不可忽視的問題.系統安全設計要充分利用PLC的特點，使PLC的運行能真正達到安全、可靠。

　　(1)硬件保護。主要包括：聯鎖保護、限位保護和急停保護等。

　　(2)軟件保護。主要包括：聯鎖保護、限位保護、*保護和自檢保護等。PLC是利用存儲程序進行控制，用存儲的程序進行安裝保護，也可以使其只執行正確的操作，而拒絕錯誤的命令。軟件保護主要利用自檢信息及時發現隱患，清除故障;也可針對工程的特點，自編診斷程序而排除故障，以確保PLC可靠、穩定、安全運行。

　　5 PLC控制系統可靠性的管理

　　5.1 人的管理

　　隨著科技的發展，自動化的科學含量不斷的提高。這將對工作人員的素質提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設備情況、檢修、規劃和設計等;而且還要懂得計算機以及具有一定技術水平。因此，必須從人員的培訓力度、培訓方式和培訓內容等著手。不斷提高工作人員的業務素質和思想素質，才能勝任其工作崗位。

　　5.2維護管理

　　PLC控制系統的可靠性，其主要因素還是要做好后期的維護管理工作，維護設備主要部位：供電電源，外部環境、安裝狀態、電源(Ps)、*處理單元(CPU)、信號模板(SM)及壽命元件輸人、輸出中間繼電器等外圍設備等。

　　6 結束語

　　提高PLC控制系統的可靠性的方法很多，不同的可編程控制器，方法會略有不同;但只要在實際工作中，善于觀察，善于總結積累經驗，就可以充分考慮到對PLC.的各種不利因素，在實際應用中采取適當措施;使控制系統可靠、安全地運行，并能減少大量后期維修工作。