淺談PLC控制系統(tǒng)的可靠性

1 主要技術(shù)性能及技術(shù)要求

　　(1)西門(mén)子S7—400控制系統(tǒng)(開(kāi)關(guān)量和模擬量)。要求設(shè)備工作環(huán)境溫度20-25℃，防震、防塵、防電磁干擾，相對(duì)濕度20%-70%無(wú)冷凝;一個(gè)基架上模板的安排原則是：能夠插入的模板數(shù)，受它們從超級(jí)背板總線(xiàn)取得的電流值的限制(具體參見(jiàn)各模板的技術(shù)要求)。

　　(2)多個(gè)機(jī)架配置的S7—400模板安排原則。接口模板總是位于3號(hào)槽，第1個(gè)信號(hào)模板的左邊。每個(gè)機(jī)架上不應(yīng)超過(guò)8個(gè)槽板，模板總是位于接口模板的左邊。能插入的模板數(shù)受S7—400背板總線(xiàn)允許提供電流的限制，每1排或每1機(jī)架

　　總是電流耗量不能超過(guò)1.2 A。

　　(3)CPU工作時(shí)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(tǒng)應(yīng)單獨(dú)接地，接地電阻R≤4 n。

　　2 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素

　　PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)效率和安全，不論是硬件、還是軟件或者外圍設(shè)備，只要其中某一環(huán)節(jié)出問(wèn)題都將導(dǎo)致停產(chǎn)。因而它是討論技術(shù)要求的首要因素。圖1為分析PLC控制系統(tǒng)故障圖。

　　由圖1可見(jiàn)，只有5%的故障發(fā)生在可編程控制器中，這說(shuō)明可編程控制器本身的可靠性遠(yuǎn)高于外部設(shè)備的可靠性，90%的故障發(fā)生在I/O模板中，只有10%的故障發(fā)生在控制器中。說(shuō)明發(fā)生在可編程控制器CPU、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線(xiàn)和電源中的故障只占系統(tǒng)總故障的0.5%，而發(fā)生在I/O模板中的故障也只占系統(tǒng)全部故障的4.5%。分析可見(jiàn)，通常，在實(shí)際應(yīng)用中往往從以下幾方面來(lái)考慮：　

　　(1)要注意外部設(shè)備的選擇，縮短大量的維修時(shí)間。

　　(2)數(shù)據(jù)和程序的保護(hù)。大部分PLC控制系統(tǒng)都采用鋰電池支持的RAM來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)的應(yīng)用程序，一般一支電池的壽命為5年左右，用完后應(yīng)用程序?qū)⑷縼G失。因此一些重要的地方常采用存儲(chǔ)卡來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)的應(yīng)用程序。將程序及技術(shù)資料作為存檔保存起來(lái)。以防后備使用。

　　(3)安裝與布線(xiàn)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(qiáng)干擾源的環(huán)境中使用時(shí)，應(yīng)將屏蔽層和PLC浮地端子接地，接地線(xiàn)面積不能小于2mm2。接地線(xiàn)要采取獨(dú)立的方式，不能用與其它設(shè)備串聯(lián)方式接地。PLC電源線(xiàn)，I/O電源線(xiàn)，輸入、輸出信號(hào)線(xiàn)，交、直流線(xiàn)都應(yīng)盡量分開(kāi)布線(xiàn)。開(kāi)關(guān)量信號(hào)線(xiàn)與模擬量信號(hào)線(xiàn)也應(yīng)該分開(kāi)布線(xiàn)，后者應(yīng)用屏蔽線(xiàn)，并且將屏蔽層可靠接地等等。

　3 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的方法

　　在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提高其可靠性的方法貫穿在系統(tǒng)和軟、硬件和外圍設(shè)備設(shè)計(jì)的始終。

　　3.1 重視安裝

　　提高PLC控制系統(tǒng)可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期、持久的工作。首先，施工和安裝是非常重要的環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格把關(guān)，這樣可減少投產(chǎn)故障率。其次，要保證檢修質(zhì)量，特別是技改線(xiàn)路改動(dòng)和系統(tǒng)改造，是目前的當(dāng)務(wù)之急。否則，幾年的系統(tǒng)改造后，大量線(xiàn)路的更換，線(xiàn)號(hào)丟失及程序變更，該記錄備份的沒(méi)有做記錄等。致使維護(hù)工作量加大，可靠性得不到保證。這一項(xiàng)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(jié)束“早期”，延長(zhǎng)“偶然期”，“損耗期”及時(shí)更換來(lái)提高PLC系統(tǒng)的可靠性。該方法主要用于不可修復(fù)元件。PLC控制系統(tǒng)的失效率是與時(shí)間有關(guān)。我們將設(shè)備元件的故障率y(t)隨時(shí)間變化劃分為三個(gè)時(shí)期進(jìn)行分析，如圖2所示。這種變化曲線(xiàn)通常稱(chēng)故障率曲線(xiàn)也稱(chēng)為浴盆曲線(xiàn)。

　　(1)早期故障較高(O～t0期間)。主要是由于系統(tǒng)內(nèi)在設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、元器件質(zhì)量、安裝和工藝缺陷等不合理原因引起，但隨時(shí)間的增加故障率迅速降低。這一時(shí)期的主要任務(wù)是盡早找出不可靠的因素使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定下來(lái)。

　　(2)偶然期故障期(t0～t1期間)比較穩(wěn)定，也可稱(chēng)為隨機(jī)故障期。此時(shí)期故障是隨機(jī)發(fā)生的，系統(tǒng)的故障率zui低而且穩(wěn)定，可視為常數(shù)。這一時(shí)期是系統(tǒng)的狀態(tài)期，在運(yùn)行中應(yīng)以加強(qiáng)維護(hù)延長(zhǎng)這段時(shí)期的時(shí)間，應(yīng)做好定期檢修和維護(hù)工作。

　　(3)損耗期(t1之后)故障率上升，這是因?yàn)槌r(shí)間以來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的某些零件已經(jīng)老化耗損，壽命衰竭機(jī)械和電氣磨損以及絕緣的老化所引起。在這段時(shí)期中大部分元件要開(kāi)始失效。如能事先知道損耗開(kāi)始的時(shí)間，事先更換元器件，延長(zhǎng)系統(tǒng)的有效壽命。推遲耗損故障期的到來(lái)。

　　4 PLC控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)方法

　　盡管PLC的運(yùn)行是安全、可靠的，作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定可靠仍然是不可忽視的問(wèn)題.系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)要充分利用PLC的特點(diǎn)，使PLC的運(yùn)行能真正達(dá)到安全、可靠。

　　(1)硬件保護(hù)。主要包括：聯(lián)鎖保護(hù)、限位保護(hù)和急停保護(hù)等。

　　(2)軟件保護(hù)。主要包括：聯(lián)鎖保護(hù)、限位保護(hù)、*保護(hù)和自檢保護(hù)等。PLC是利用存儲(chǔ)程序進(jìn)行控制，用存儲(chǔ)的程序進(jìn)行安裝保護(hù)，也可以使其只執(zhí)行正確的操作，而拒絕錯(cuò)誤的命令。軟件保護(hù)主要利用自檢信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，清除故障;也可針對(duì)工程的特點(diǎn)，自編診斷程序而排除故障，以確保PLC可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

　　5 PLC控制系統(tǒng)可靠性的管理

　　5.1 人的管理

　　隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化的科學(xué)含量不斷的提高。這將對(duì)工作人員的素質(zhì)提出更高的要求。工作人員不但要熟悉設(shè)備情況、檢修、規(guī)劃和設(shè)計(jì)等;而且還要懂得計(jì)算機(jī)以及具有一定技術(shù)水平。因此，必須從人員的培訓(xùn)力度、培訓(xùn)方式和培訓(xùn)內(nèi)容等著手。不斷提高工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和思想素質(zhì)，才能勝任其工作崗位。

　　5.2維護(hù)管理

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

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性的方法很多，不同的可編程控制器，方法會(huì)略有不同;但只要在實(shí)際工作中，善于觀(guān)察，善于總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，就可以充分考慮到對(duì)PLC.的各種不利因素，在實(shí)際應(yīng)用中采取適當(dāng)措施;使控制系統(tǒng)可靠、安全地運(yùn)行，并能減少大量后期維修工作。