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【摘要】随着我国科学技术的日益变革以及自动化程度的提高,PLC控制系统更多的用在了工业生产中。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业生产的效率与安全。本文主要分析了影响PLC控制系统故障的主要因素,提出提高系统稳定性的对策,本文提出了一些个人的观点，对于提高PLC控制系统可靠性具有一定的实践价值。
【关键词】PLC控制系统； 可靠性； 维护；
前言
对于 PLC 控制系统的可靠性设计和维护主要考虑来自系统外部的几种抑制措施, 内容包括: 对 PLC 系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰; 对外引线进行隔离、滤波, 特别是动力电缆要分层布置, 以防电磁干扰; 正确设计接地点和接地装置, 完善接地系统。目前, 采用软件手段设计出完善的故障报警系统, 对进一步提高系统运行的安全可靠性具有重要的意义
一、主机系统的故障分析研究
1、电源故障对系统的影响。PL C 系统的正常供电电源是电网。由于电网内部的变化, 如开关操作形成的浪涌、大型电力设备起停、交直流传动引起的谐波、电网短路暂态冲击等电网干扰通过 PLC 系统的供电电源( 如CPU 电源、I/ O 电源等) 、变送器供电电源或与PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等的耦合, 通过输电线路窜入 PLC 控制系统而造成故障。目前对于 PLC 系统供电的电源, 一般隔离性能都较好, 而对变送器供电的电源和与 PLC 系统有直接电气连接的仪表的供电电源, 并没受到足够的重视, 虽然采取了一定的隔离措施, 但普遍还不够, 导致使用的隔离变压器由于抑制干扰能力差, 使得电源耦合而窜入共模干扰、差模干扰。因电源引入的干扰造成 PLC 控制系统故障的情况很多, 在工程调试中会经常遇到, 较好的办法是采用隔离性能较好的 PLC 电源, 此外,选择分布电容小、抑制带大( 如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术) 的配电器, 可以减少 PLC 系统的干扰。为了保证电网馈点不中断, 采用不间断供电电源( UPS) 供电, 对提高供电的安全可靠性也是一种理想的解决方法。
2、空间辐射和环境对系统的影响。空间辐射主要是电网、电气设备的暂态响应、雷电、无线对讲、高频感应加热设备等产生的, 其分布极为复杂, 若 PLC 系统置于射频场内, 就可能受到辐射干扰。其影响主要通过两条路径: 一是直接对 PLC 内部的辐射, 由电路感应产生干扰; 二是对 PLC 通信网络的辐射, 由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小, 特别是频率有关。目前系统大多采用现场总线形式, 总线现在多为插件结构, 插拔模块长期反复使用会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏, 同时在空气温度变化、湿度变化的影响下, 总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等环境因素对设备的破坏。
3、接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性( EMC) 的有效手段之一。正确的接地, 既能抑制电磁干扰的影响, 又能抑制设备向外发出干扰。PLC 控制系统的地线主要包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要表现在各个接地点电位分布不均, 不同接地点间存在地电位差, 引起接地环路电流, 影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地, 如果两端都接地, 就存在地电位差, 造成电流流过屏蔽层,在发生异常状态如雷击时, 地线电流将更大。此外, 屏蔽层、接地线和大地都有可能构成闭合环路, 在变化磁场的作用下, 会出现感应电流, 通过屏蔽层与芯线之间的耦合, 形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱, 产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布, 也影响 PLC 内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC 工作的逻辑电压干扰容限低, 逻辑地电位的分布干扰容易影响 PLC 的逻辑运算和数据存贮, 造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布不均将导致测量精度下降, 引起对信号测控的严重失真和误动作。一般来讲, 对 PLC 控制系统而言, 它属高速低电平控制装置, 应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响, 装置之间的信号交换频率一般都低于 1mHz, 所以PL C 控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的 PLC 系统可以并联一点接地, 各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大, 应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线( 或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点, 然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于 22mm2的铜导线, 总母线使用截面大于 60mm2的铜排;接地极的接地电阻应小于2 并且最好埋在距建筑物 10～ 15m 远处; 接地点必须与强电设备接地点相距 10m 以上。信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧接地; 不接地时, 应在 PLC 侧接地; 信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理, 一定要避免多点接地; 多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞屏蔽电缆连接时, 各屏蔽层应相互连接好, 并经绝缘处理。
4、程序故障与处理。PL C 系统对现场信号的响应速度大多以毫秒为单位, 外界设备的微小变化, 都会在 PLC 控制程序中得到迅速的响应。而现场输入信号, 由于噪声、干扰、误动作、模拟信号误差等因素的影响, 可能会产生瞬间的电平变化, 例如当按钮或机械极限作为输入信号时会有不可避免的抖动, 输入信号是继电器触点时, 有时会产生瞬间跳动。这些输入信号的变化被扫描周期中输入采样阶段采样, 则会不可避免地形成输入信号的错误, 引起系统误动作, 造成事故。因此须在信号输入端程序设计时加入定时器滤波电路, 滤除这种瞬间产生的错误信号, 从而提高系统抗干扰可靠性。例如为了使现场的极限信号准确, 采用定时器, 延时1 s 且必须在扫描周期的输入采样阶段才能对输入信号进行采样, 1 s 的延时时间是用于输入信号的确认, 保证机械极限确实稳定才执行输出动作。延时时间的长短, 可根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定, 虽然采样延时时间越长, 信息采集的可靠性越高, 但实时性也越差, 因此, 延时时间的确定应综合考虑, 以保障系统的可靠性。
二、端口设备故障与防护分析研究
PL C 控制系统最大的薄弱环节在I/O 端口,I/O模块是体现系统性能的关键部件, 因此它也是系统故障中的突出环节。与 PLC 控制系统连接的各类信号传输线, 除了传输有效的各类信息之外, 总会有外部干扰信号侵入, 由信号线引入的干扰会引起 I/O信号工作异常和测量精度大大降低, 严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统, 还将导致信号间互相干扰, 引起共地系统总线回流, 造成逻辑数据变化、误动作和死机。PL C 控制系统因信号引入干扰造成I/O模块损坏相当严重, 由此引起系统故障的情况也很多。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响, 首先要按照其使用的要求进行使用, 不随意减少其外部保护设备, 其次分析主要的干扰因素, 对主要干扰源、点要进行隔离或处理。在工程应用中, 可采用铜带铠装屏蔽电力电缆, 降低动力线生产的电磁干扰。对不同类型的信号可分别采用不同电缆传输, 信号电缆应按传输信号种类分层敷设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号, 避免信号线与动力电缆靠近平行敷设, 以减少电磁干扰。
三、结 语
PLC 控制系统的故障是一个十分复杂的问题, 除在控制系统的设计阶段时应综合考虑各方面的因素, 合理有效地抑制干扰。同时, 在现场维护中加强设备的日常点、巡检和维护, 对具体问题具体分析, 采取对症下药的方法, 才能够使 PLC控制系统正常工作。
参考文献：
[1]汤媛. PLC 控制系统产生干扰的原因及抗干扰措施 [ J ] .石油化工建设, 2005
【关键词】PLC控制系统； 可靠性； 维护；
前言
对于 PLC 控制系统的可靠性设计和维护主要考虑来自系统外部的几种抑制措施, 内容包括: 对 PLC 系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰; 对外引线进行隔离、滤波, 特别是动力电缆要分层布置, 以防电磁干扰; 正确设计接地点和接地装置, 完善接地系统。目前, 采用软件手段设计出完善的故障报警系统, 对进一步提高系统运行的安全可靠性具有重要的意义
一、主机系统的故障分析研究
1、电源故障对系统的影响。PL C 系统的正常供电电源是电网。由于电网内部的变化, 如开关操作形成的浪涌、大型电力设备起停、交直流传动引起的谐波、电网短路暂态冲击等电网干扰通过 PLC 系统的供电电源( 如CPU 电源、I/ O 电源等) 、变送器供电电源或与PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等的耦合, 通过输电线路窜入 PLC 控制系统而造成故障。目前对于 PLC 系统供电的电源, 一般隔离性能都较好, 而对变送器供电的电源和与 PLC 系统有直接电气连接的仪表的供电电源, 并没受到足够的重视, 虽然采取了一定的隔离措施, 但普遍还不够, 导致使用的隔离变压器由于抑制干扰能力差, 使得电源耦合而窜入共模干扰、差模干扰。因电源引入的干扰造成 PLC 控制系统故障的情况很多, 在工程调试中会经常遇到, 较好的办法是采用隔离性能较好的 PLC 电源, 此外,选择分布电容小、抑制带大( 如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术) 的配电器, 可以减少 PLC 系统的干扰。为了保证电网馈点不中断, 采用不间断供电电源( UPS) 供电, 对提高供电的安全可靠性也是一种理想的解决方法。
2、空间辐射和环境对系统的影响。空间辐射主要是电网、电气设备的暂态响应、雷电、无线对讲、高频感应加热设备等产生的, 其分布极为复杂, 若 PLC 系统置于射频场内, 就可能受到辐射干扰。其影响主要通过两条路径: 一是直接对 PLC 内部的辐射, 由电路感应产生干扰; 二是对 PLC 通信网络的辐射, 由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小, 特别是频率有关。目前系统大多采用现场总线形式, 总线现在多为插件结构, 插拔模块长期反复使用会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏, 同时在空气温度变化、湿度变化的影响下, 总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等环境因素对设备的破坏。
3、接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性( EMC) 的有效手段之一。正确的接地, 既能抑制电磁干扰的影响, 又能抑制设备向外发出干扰。PLC 控制系统的地线主要包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要表现在各个接地点电位分布不均, 不同接地点间存在地电位差, 引起接地环路电流, 影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地, 如果两端都接地, 就存在地电位差, 造成电流流过屏蔽层,在发生异常状态如雷击时, 地线电流将更大。此外, 屏蔽层、接地线和大地都有可能构成闭合环路, 在变化磁场的作用下, 会出现感应电流, 通过屏蔽层与芯线之间的耦合, 形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱, 产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布, 也影响 PLC 内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC 工作的逻辑电压干扰容限低, 逻辑地电位的分布干扰容易影响 PLC 的逻辑运算和数据存贮, 造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布不均将导致测量精度下降, 引起对信号测控的严重失真和误动作。一般来讲, 对 PLC 控制系统而言, 它属高速低电平控制装置, 应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响, 装置之间的信号交换频率一般都低于 1mHz, 所以PL C 控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的 PLC 系统可以并联一点接地, 各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大, 应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线( 或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点, 然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于 22mm2的铜导线, 总母线使用截面大于 60mm2的铜排;接地极的接地电阻应小于2 并且最好埋在距建筑物 10～ 15m 远处; 接地点必须与强电设备接地点相距 10m 以上。信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧接地; 不接地时, 应在 PLC 侧接地; 信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理, 一定要避免多点接地; 多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞屏蔽电缆连接时, 各屏蔽层应相互连接好, 并经绝缘处理。
4、程序故障与处理。PL C 系统对现场信号的响应速度大多以毫秒为单位, 外界设备的微小变化, 都会在 PLC 控制程序中得到迅速的响应。而现场输入信号, 由于噪声、干扰、误动作、模拟信号误差等因素的影响, 可能会产生瞬间的电平变化, 例如当按钮或机械极限作为输入信号时会有不可避免的抖动, 输入信号是继电器触点时, 有时会产生瞬间跳动。这些输入信号的变化被扫描周期中输入采样阶段采样, 则会不可避免地形成输入信号的错误, 引起系统误动作, 造成事故。因此须在信号输入端程序设计时加入定时器滤波电路, 滤除这种瞬间产生的错误信号, 从而提高系统抗干扰可靠性。例如为了使现场的极限信号准确, 采用定时器, 延时1 s 且必须在扫描周期的输入采样阶段才能对输入信号进行采样, 1 s 的延时时间是用于输入信号的确认, 保证机械极限确实稳定才执行输出动作。延时时间的长短, 可根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定, 虽然采样延时时间越长, 信息采集的可靠性越高, 但实时性也越差, 因此, 延时时间的确定应综合考虑, 以保障系统的可靠性。
二、端口设备故障与防护分析研究
PL C 控制系统最大的薄弱环节在I/O 端口,I/O模块是体现系统性能的关键部件, 因此它也是系统故障中的突出环节。与 PLC 控制系统连接的各类信号传输线, 除了传输有效的各类信息之外, 总会有外部干扰信号侵入, 由信号线引入的干扰会引起 I/O信号工作异常和测量精度大大降低, 严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统, 还将导致信号间互相干扰, 引起共地系统总线回流, 造成逻辑数据变化、误动作和死机。PL C 控制系统因信号引入干扰造成I/O模块损坏相当严重, 由此引起系统故障的情况也很多。要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响, 首先要按照其使用的要求进行使用, 不随意减少其外部保护设备, 其次分析主要的干扰因素, 对主要干扰源、点要进行隔离或处理。在工程应用中, 可采用铜带铠装屏蔽电力电缆, 降低动力线生产的电磁干扰。对不同类型的信号可分别采用不同电缆传输, 信号电缆应按传输信号种类分层敷设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号, 避免信号线与动力电缆靠近平行敷设, 以减少电磁干扰。
三、结 语
PLC 控制系统的故障是一个十分复杂的问题, 除在控制系统的设计阶段时应综合考虑各方面的因素, 合理有效地抑制干扰。同时, 在现场维护中加强设备的日常点、巡检和维护, 对具体问题具体分析, 采取对症下药的方法, 才能够使 PLC控制系统正常工作。
参考文献：
[1]汤媛. PLC 控制系统产生干扰的原因及抗干扰措施 [ J ] .石油化工建设, 2005