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關于PLC控制系統的可靠性問題研究
摘要：在當今中國努力提高工業自動化水平，大量進行技術改造的前提下，為了進一步推廣應用PLC控制技術，提高PLC系統的可靠性則是其關鍵所在。隨著我國科技的不斷進步，現代化水平的不斷提高，在工業領域PLC控制技術受到廣泛應用，因此PLC系統的可靠性問題越加突出。本文主要分析了PLC系統的基本結構和原理，探討了PLC的工作可靠性問題，并在此基礎上，提出了相對的應對措施，取得了較理想的效果。
關鍵詞：PLC 原理 結構
一、可編程序控制器的一般結構和基本工作原理
可編程序控制器，即PLC是一種數字運算操作的電子系統，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。根據PLC實施控制的基本點的分析，PLC主要由CPU，RAM，ROM和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。中央處理機由中央處理器(CPU)組成，它是PLC的大腦。中央處理器通過地址總線、數據總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接。存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存放程序、變量和其他一些信息。PLC主要采用繼電器輸出，電路現場輸入接口電路一般有光電禍合電路和微電腦輸入接口電路組成。PLC的中央處理機對各個輸入端進行掃描，并將掃描結果存儲到狀態寄存器中。CPU將指令逐條調出并執行，以對輸入和原輸出狀態進行處理，再將正確的結果返回輸出。當所有的指令執行完畢時，輸出狀態寄存器集中把電子信號轉換成電壓或電流，驅動被控設備。
二、PLC系統的可靠性問題
2.1供電系統
若供電系統中存在大的電磁鐵、大電機等，會對PLC引入電源信號干擾，這種干擾會使輸入信號產生巨大誤差，對整個PCL影響巨大，嚴重時甚至會造成PLC系統的突然斷電或系統故障，是主要的干擾形式。因此，對一些可靠性要求較高的控制系統，應合理設計供電系統，盡可能減少電源信號干擾。在實際使用中，一般采用使用隔離變壓器的供電系統、使用ups供電系統和雙電源的供電方式。
2.2 PLC控制系統環境
PLC控制裝置是專門針對工業生產環境設計的，每種PLC都有自己的工作環境技術條件，因此在實際使用中，應盡量使PLC系統處于自身合適的工作環境中，以達到延長工作壽命，提高系統可靠性的目的。要特別注意控制系統周圍的溫度不要過高，如果控制系統的周圍環境溫度超過55℃，則需要在安裝風扇或冷氣機，以避免高溫對控制系統的損害。同時還應考慮PLC主控制器周圍的通風和散熱情況，至少留有50mm的距離，以保證足夠的空間用于通風。也可選擇安裝適當的溫度傳感器，以便能在高溫時自動切斷加熱器電源，低溫時自動接通電源。
2.3防止輸入、輸出信號干擾
PLC的輸入端或輸出端接有感性元件，為減少PLC輸入電流和外部負載上的電流對這些感應元件的損害產生較大的沖擊影響，一般采取兩端并聯續流二極管或組容泄放電路。當接近開關、光電開關這一類兩線式傳感器的漏電流較大時，應考慮由此而產生的錯誤信號，此時可以采用在PLC輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。在控制器為觸點輸出時，不管該控制器本身是否能夠抗干擾，對于直流電應采用續流二級管來進行吸收，對于交流電采取RC吸收。
2.4 PLC地線的連接
對PLC控制系統采用恰當的接地方式，是抑制由電位差引起的干擾信號，保證PLC安全可靠運行的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及電容式三種，對于PLC系統而言應采用直接式，即控制器與其它設備分別接地。如果實際條件不滿足，也可采用公共接地方式，但是必須嚴格按要求進行布線，嚴禁使用串聯接地方式，避免電位差引起的干擾信號。接地線的截面積應大于2毫平方米，接地點應盡量靠近PLC。
2.5 PLC軟件
偶發性故障一般不會對PLC內部的信息造成破壞，一旦PLC檢測到故障時，要立即保存當前狀態信息，并通過相應的軟件對存儲器進行封閉，以防止存儲器信息的丟失。在硬件設計和編程時，出于對提高系統的可靠性的考慮，應安裝互鎖功能。PLC本身的故障發生較為頻繁，為了提高PLC控制系統的可靠性，還需要在軟件中增加故障檢測程序。另外，還可以在程序編制中采用軟件容錯技術的，使PLC在發生錯誤信號時，在不影響工作的前提下，及時甄別錯誤，進一步提高了PLC的工作效率和安全。
三、防雷措施
當輸電線附近發生雷擊或閃電時，會形成雷電沖擊波，進入PLC控制系統，造成嚴重損害。因此做好防雷工作是提高PLC控制系統可靠性的重要保障。一般的配電系統的避雷裝置很難滿足PLC控制設備對電源的要求，因此宜采取多級保護措施。在選用避雷器件時，氧化物避雷器電容大對高頻損耗大，選用此類避雷器時應以實際情況來確定。網絡通訊線路避雷的最好方法是采用光纖網絡。PLC控制系統的總控站對防雷的要求就更高一些。控制站所在構筑物的接地電阻須小于10歐姆，避雷針、帶、網的引下線應盡量多設幾條，室內計算機、PLC控制系統要盡量置于遠離避雷網導地金屬體。PLC控制系統包括系統工作地，直流工作地，安全保護地，在安裝時采用聯合接地較好，接地電阻至少小于2歐。地網分開設置時，當地網之間的距離涉及自控系統接地時應大于10M，以避免地網之間的閃絡。
四、結語
綜上所述，隨著工業化的發展，PLC控制系統的應用也越來越廣泛，與此同時PLC的可靠性問題也逐步凸顯。因此采取綜合防護的措施，提高系統可靠性，對當今PLC控制系統的開發將有非常重大的影響。上述提到的改進方式都是經過實踐得出的切實可行的手段，在對提高PLC系統的可靠性中起到了非常重要的作用。相信未來隨著電子技術的不斷發展，PLC控制系統將大有可為。
參考文獻：
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[2]歐陽雄，寧振忠.PLC控制系統的可靠性設計研究[J].電子世界，2014，16期：92-92.
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