提高PLC系统的可靠性浅析

2022-09-11

可编程控制器 (P L C) 是专门在工业生产现场经常使用的控制装置, 因此在设计制造时已采取了很多措施, 使它的环境适应能力比较强。但工业生产现场的环境条件一般是非常恶劣的, 干扰源众多。影响P L C系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位, 这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源, 即干扰源。这些干扰都会影响可编程控制器的正常工作, 所以为了确保整个系统稳定可靠, 应当尽量使P L C有良好的工作环境条件, 并从信号输入的源头就采取必要的抗干扰措施。

1 PLC的输入信号及干扰信号的影响

P L C一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号, 以及各种传感器、变送器输入的模拟信号。输入接线端子是可编程控制器与外部传感器负载转换信号的端口输入接线一般指外部传感器与输入端口的接线。输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的N P N管。输入器件接通进, 输入端接通, 输入线路闭合, 同时输入指示的发光二极管亮, 输入信号进入P L C等待输入采样。

如果输入给P L C的开关量信号出现错误, 或者模拟量信号出现较大偏差, 这些都可能使控制过程出错, 造成无法挽回的经济损失。影响现场输入给P L C信号出错的主要原因有: (1) 输入信号线接触不良、短路或断路 (由于机械拉扯、线路自身老化、连接处松脱等) , 当传输信号线出故障时, 现场信号无法传送给P L C, 造成控制出错; (2) 机械触点抖动, 现场触点虽然只闭合一次P L C却认为闭合了多次, 虽然硬件加了滤波电路, 软件增加微分指令, 但由于P L C扫描周期太短, 仍可能在计数、累加、移位等指令中出错, 从而出现错误控制结果; (3) 现场变送器、机械开关自身出故障, 如触点接触不良, 变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等, 这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

2 提高PLC输入信号可靠性的措施

为了提高P L C输入端抗干扰能力, 增加输入信号的可靠性和可用性, 我们可以从硬件和软件两个方面入手, 从而提高P L C控制系统的可靠性和有效性。

2.1 硬件措施

P L C输入端的一次电路与二次电路之间采用了光电耦合隔离, 二次电路带R-C滤波器, 以防止由于输入点抖动或输入线路串入的电噪声引起可编程控制器的误动作。但这并不能完全阻止外部干扰信号的进入, 也不能首先要安排好P L C的输入接线, 特别要注意以下问题。

(1) 输入接线一般不超过30mm, 如果环境干扰较小, 而且电压降不大时, 输入接线可适当长些。

(2) 输入、输出线不能用同一根电缆, 输入、输出线要分开走。

(3) PLC所能接受的脉冲信号的宽度应大于扫描周期的时间。

(4) 当输入元件的输入电流大于PLC的最大输入电流或有漏电流时, 就会有误动作, 降低系统灵敏度。所以应采用弱电流输入, 并且对漏电流要采取防护措施, 尽量选用输入为供漏型输入的P L C。其次要提高现场输入给P L C信号的可靠性, 选择可靠性较高的变送器和各种开关, 防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。再次, 可以利用信号隔离器解决外部干扰入侵的问题。工业现场许多干扰是可以预先测知的, 只要在有干扰的地方, 输入端和输出端中间加上信号隔离器, 先将P L C接收的信号通过半导体器件调制变换, 然后通过光感或磁感器件进行隔离转换, 然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号, 同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。这样可以保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立, 有效隔断干扰信号的入侵途径, 解决干扰影响系统正常运行的问题。另外, 对输入电路, 若输入端外部电路串联有二极管, 在串联二极管上的电压应小于4 V。若使用带发光二极管的舌簧开关时, 串联二极管的数目不能超过两只。若输入接感性输入元件时, 要在输入元件两端并联一个冲击抑制器或二极管, 二极管的阴极与电压㈩极侧连接, 以防止电流冲击。

2.2 软件措施

从软件方面提高P L C控制系统的可靠性, 通常采用在程序设计时增加数字滤波程序的方法, 增加输入信号的可信性。对于数字信号, 滤波可采用如下程序设计方法:在现场输入触点后加一定时器, 定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定, 一般取10ms~20ms, 这样可保证触点确实稳定闭合后, P L C才实施响应。

对于模拟信号, 滤波可采用如下程序设计方法:对现场模拟信号连续采样3次, 采样间隔A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器D10、D11、D12中, 当最后1次采样结束后, 利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和小值, 保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器D 0中, 作为实际输入信号。在实际应用中, 可以适当增加采样的次数, 以达到更好的效果。提高读入P L C现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点, 利用信号之间的逻辑关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制, 由于储罐的尺寸是已知的, 进液或出液的阀门开度和压力是已知的, 在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的, 如果这时液位计送给P L C的数据和估算液位高度相差较大, 判断可能是液位计故障, 通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护, 当开关动作时发出信号给P L C, 这个信号是否真实可靠, 在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比, 如果液位计读数也在极限位置, 说明该信号是真实的;如果液位计读数不在极限位置, 判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障, 同样通过报警系统通知操作人员处理故障。

3 结语

通过多次实验和工业现场观测, 由于在P L C控制系统的系统设计和程序设计时采用了上述方法, 大大提高了输入信号的可靠性, 从而进一步提高了整个控制系统的可靠性和有效性。

摘要：可编程控制器 (PLC) 作为新一代工业控制器因其具有体积小、功能强、编程方法简单易学, 容易实现过程控制而得到广泛应用。但是环境过于恶劣, 电磁干扰特别强烈, 或安装使用不当, 保护程序设计不当, 都不能保证PLC系统安全可靠的运行, 因此在控制系统中采取一些有效措施是非常必要的。本文从可编程控制器的输入端来分析提高PLC控制系统可靠性, 保证其稳定工作的一些需要注意的问题和对策。

关键词：PLC,抗干扰,可靠性