提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

    三、正確的接地

       良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制干擾，PLC一般最好單獨(dú)接地，與其它設(shè)備分別使用各自的接地裝置，如圖1(a)所示；也可以采用公共接地，如圖1(b)所示；但禁止使用如圖1(c)所示的串聯(lián)接地方式，因?yàn)檫@種接地方式會產(chǎn)生PLC與設(shè)備之間的電位差。

             圖1  PLC的接地

a)分別接地   b)公共按地   c)串聯(lián)接地

        良好的接地可以抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，避免偶然發(fā)生的電壓沖擊對PLC的危害。PLC的接地線應(yīng)盡量短，使接地點(diǎn)盡量靠近PLC。同時，接地電阻應(yīng)是越小越好，接地電阻要小于10Ω。另外，PLC的CPU單元必須接地，若使用了I/O擴(kuò)展單元等，則CPU單元應(yīng)與它們具有共同的接地體，而且從任一單元的保護(hù)接地端到地的電阻都不能大于10Ω。有條件的可以給PLC專用的接地線。

        四、必須的安全保護(hù)環(huán)節(jié)

       1.短路保護(hù)

       當(dāng)PLC輸出設(shè)備短路時，為了避免PLC內(nèi)部輸出元件損壞，應(yīng)該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個負(fù)載的回路中都裝上熔斷器。

       2. 互鎖與聯(lián)鎖措施

        除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，如電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，要利用接觸器KM1、KM2常閉觸點(diǎn)在PLC外部進(jìn)行互鎖。在不同電機(jī)或電器之間有聯(lián)鎖要求時，最好也在PLC外部進(jìn)行硬件聯(lián)鎖。采用PLC外部的硬件進(jìn)行互鎖與聯(lián)鎖，這是PLC控制系統(tǒng)中常用的做法。

       3.失壓保護(hù)與緊急停車措施

       PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施，當(dāng)臨時停電再恢復(fù)供電時，不按下“啟動”按鈕PLC的外部負(fù)載就不能自行啟動。這種接線方法的另一個作用是，當(dāng)特殊情況下需要緊急停機(jī)時，按下“停止”按鈕就可以切斷負(fù)載電源，而與PLC毫無關(guān)系。

       五、必要的軟件措施

       有時硬件措施不一定完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。

       1.消除開關(guān)量輸入信號抖動

       在實(shí)際應(yīng)用中，有些開關(guān)輸入信號接通時，由于外界的干擾而出現(xiàn)時通時斷的“抖動”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會造成什么影響，但在PLC系統(tǒng)中，由于PLC掃描工作的速度快，掃描周期比實(shí)際繼電器的動作時間短得多，所以抖動信號就可能被PLC檢測到，從而造成錯誤的結(jié)果。因此，必須對某些“抖動”信號進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。

       如圖2(a)所示，輸入X0抖動會引起輸出Y0發(fā)生抖動，可采用計數(shù)器或定時器，經(jīng)過適當(dāng)編程，以消除這種干擾。

       如圖2(b)所示為消除輸入信號抖動的梯形圖程序。當(dāng)抖動干擾X0斷開時間間隔Δｔ＜K×0.1S，計數(shù)器C0不會動作，輸出繼電器Y0保持接通，干擾不會影響正常工作；只有當(dāng)X0抖動斷開時間Δｔ≥K×0.1S時，計數(shù)器C0計滿K次動作，C0常閉斷開，輸出繼電器Y0才斷開。K為計數(shù)常數(shù)，實(shí)際調(diào)試時可根據(jù)干擾情況而定。

圖2  輸入信號抖動的影響及消除

   a)抖動現(xiàn)象的影響     b)消除抖動的方法

       2.故障的檢測與診斷

       PLC的可靠性很高且本身有很完善的自診斷功能，如果PLC出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢復(fù)正常工作。

       大量的工程實(shí)踐表明，PLC外部輸入、輸出設(shè)備的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC本身的故障率，而這些設(shè)備出現(xiàn)故障后，PLC一般不能覺察出來，可能使故障擴(kuò)大，直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動作后才停機(jī)，有時甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。停機(jī)后，查找故障也要花費(fèi)很多時間。為了及時發(fā)現(xiàn)故障，在沒有釀成事故之前使PLC自動停機(jī)和報警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。

       現(xiàn)代的PLC擁有大量的軟件資源，如FX2N系列PLC有幾千點(diǎn)輔助繼電器、幾百點(diǎn)定時器和計數(shù)器，有相當(dāng)大的裕量，可以把這些資源利用起來，用于故障檢測。

       1)超時檢測 機(jī)械設(shè)備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設(shè)定值比正常情況下該動作的持續(xù)時間長20%左右。例如設(shè)某執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動機(jī)）在正常情況下運(yùn)行50s后，它驅(qū)動的部件使限位開關(guān)動作，發(fā)出動作結(jié)束信號。若該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作時間超過 60s（即對應(yīng)定時器的設(shè)定時間），PLC還沒有接收到動作結(jié)束信號，定時器延時接通的常開觸點(diǎn)發(fā)出故障信號，該信號停止正常的循環(huán)程序，啟動報警和故障顯示程序，使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類，及時采取排除故障的措施。

       2)邏輯錯誤檢測  在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，PLC的輸入、輸出信號和內(nèi)部的信號（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就應(yīng)按故障處理。例如某機(jī)械運(yùn)動過程中先后有兩個限位開關(guān)動作，這兩個信號不會同時為ON狀態(tài)，若它們同時為ON，說明至少有一個限位開關(guān)被卡死，應(yīng)停機(jī)進(jìn)行處理。

        3．消除預(yù)知干擾

       某些干擾是可以預(yù)知的，如PLC的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如大功率電動機(jī)、電磁鐵）動作，常常會伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，它們產(chǎn)生的干擾信號可能使PLC接收錯誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖。