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【摘 要】PLC控制性能可靠、体积小、功能强、用途广而且能够适应现场工厂生产环境，在工业领域中得到广泛的应用，PLC控制系统的稳定性直接关系到整PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠的关键。本文就影响控制系统可靠性的原因和提高可靠性的方法提出拙见。
【关键词】自动控制 可靠性 精度
中图分类号：TD21文献标识码： A
一、前言
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，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PLC信号出错的原因
（一）提高对PLC系统输入信号稳定性。要提高从现场输入给PLC信号的稳定性，首先要选择可靠性较高的变送器和现场设备执行元件，防止各种原因引起傳送信号线短路、断路或接触不良。信号电缆要和动力电缆隔开，防止信号干扰。造成错误传输，另外在程序设计上增加数字滤波程序，增加输入信号的可靠性。同时要选择可靠性较高的变送器和执行机构。
（二）机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC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PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。
（三）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。影响执行机构出错的主要原因有：1.控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；2.控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；3.各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。
二、设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
三、输入信号可靠性研究
要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要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。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。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，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。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，采样间隔由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DT10、DT11、DT12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最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。在实际应用之中，工具情况还以延长采样的次数，以达到较好的效果。提高读入PLC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PLC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。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。
四、执行机构可靠性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。我们设计了如下程序来判断接触器是否可靠动作。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如下所述。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。另外，一般的开关输出都有中间继电器，多于比较重要的控制可以使用中间继电器的其他辅助触点向PLC反馈动作信息。
五、PLC控制系统可靠性的管理
1 对人员的管理。人是一切设备元件的执行者，PLC控制系统的稳定性很大程度上取决于人为因素。随着现代科技的发展，自动化程度的不断提高。这将对设备现场维护工作人员的素质提出更高更新的要求。工作人员不仅要熟悉设备运行情况、检修、点检、规划和设计等；而且还要懂得计算机知识，以及具有一定操作技术水平。因此，必须从设备维护人员的培训力度、培训方式和培训内容等方面着手。不断提高设备工作人员的业务素质和操作技术水平，才能确保设备运行稳定。
2 维护管理。后期的维护管理工作对提高PLC控制系统的可靠性具有很大的作用，维护设备主要部件：供电电源，外部环境、信号干扰、安装状态、电源（Ps）、中央处理单元（CPU）、信号模板（SM）及现场元件输入、输出中间继电器等外围设备动作等。
3完善故障报警系统。
要提高熬个PLC控制系统的可靠性和可靠性，必须提高现场输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC控制系统应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障隐患，事PLC控制系统安全、可靠、正确地运行，设计完善的故障报警系统。在自动控制系统的设计中设计了3级故障显示报警系统，其中1级报警设置在控制现场各控制柜面板上，用指示灯指示设备正常运行状况和故障显示情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，否则指示灯不显示，2级报警故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当PLC控制系统控制的设备出现故障时，将会有文字显示其设备故障类型，工艺流程图上对应的设备会闪烁，历史数据世间表中将记录该设备故障。
五、结束语
PLC控制系统的可靠性设计在实际系统设计中占有重要地位，在实际设计中只有根据现场生产实际应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，灵活地选择行之有效的可靠性设计技术，只有全面、科学合理地考虑系统的软件和硬件设计，从总体上提高系统的抗干扰能力和稳定性，切实提高PLC控制系统的稳定性。其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展，而且PLC的可靠性越来越强。无论从技术上、产品的配套性上、市场上网络的发展情况来看，PLC将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
[1]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，2001.
[2]王仁祥主编，常用低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.
[3]方承远主编，工厂电气控制技术，北京：机械工业出版社，2000.
[4]胡学林主编，可编程控制器教程，南京：电子工业出版社，2005.
[5]储云峰主编，电气可编程控制器原理及应用，北京：机械工业出版社，2006.
[6]周万珍主编，PLC分析与设计应用，北京：电子工业出版社，2004.
作者简介：刘巍，1990-5，男，汉，河南省周口市，内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司。
【关键词】自动控制 可靠性 精度
中图分类号：TD21文献标识码： A
一、前言
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，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PLC信号出错的原因
（一）提高对PLC系统输入信号稳定性。要提高从现场输入给PLC信号的稳定性，首先要选择可靠性较高的变送器和现场设备执行元件，防止各种原因引起傳送信号线短路、断路或接触不良。信号电缆要和动力电缆隔开，防止信号干扰。造成错误传输，另外在程序设计上增加数字滤波程序，增加输入信号的可靠性。同时要选择可靠性较高的变送器和执行机构。
（二）机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC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PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。
（三）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。影响执行机构出错的主要原因有：1.控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；2.控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；3.各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。
二、设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
三、输入信号可靠性研究
要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要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。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。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，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。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，采样间隔由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DT10、DT11、DT12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最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。在实际应用之中，工具情况还以延长采样的次数，以达到较好的效果。提高读入PLC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PLC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。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。
四、执行机构可靠性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。我们设计了如下程序来判断接触器是否可靠动作。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如下所述。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。另外，一般的开关输出都有中间继电器，多于比较重要的控制可以使用中间继电器的其他辅助触点向PLC反馈动作信息。
五、PLC控制系统可靠性的管理
1 对人员的管理。人是一切设备元件的执行者，PLC控制系统的稳定性很大程度上取决于人为因素。随着现代科技的发展，自动化程度的不断提高。这将对设备现场维护工作人员的素质提出更高更新的要求。工作人员不仅要熟悉设备运行情况、检修、点检、规划和设计等；而且还要懂得计算机知识，以及具有一定操作技术水平。因此，必须从设备维护人员的培训力度、培训方式和培训内容等方面着手。不断提高设备工作人员的业务素质和操作技术水平，才能确保设备运行稳定。
2 维护管理。后期的维护管理工作对提高PLC控制系统的可靠性具有很大的作用，维护设备主要部件：供电电源，外部环境、信号干扰、安装状态、电源（Ps）、中央处理单元（CPU）、信号模板（SM）及现场元件输入、输出中间继电器等外围设备动作等。
3完善故障报警系统。
要提高熬个PLC控制系统的可靠性和可靠性，必须提高现场输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC控制系统应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障隐患，事PLC控制系统安全、可靠、正确地运行，设计完善的故障报警系统。在自动控制系统的设计中设计了3级故障显示报警系统，其中1级报警设置在控制现场各控制柜面板上，用指示灯指示设备正常运行状况和故障显示情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，否则指示灯不显示，2级报警故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当PLC控制系统控制的设备出现故障时，将会有文字显示其设备故障类型，工艺流程图上对应的设备会闪烁，历史数据世间表中将记录该设备故障。
五、结束语
PLC控制系统的可靠性设计在实际系统设计中占有重要地位，在实际设计中只有根据现场生产实际应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，灵活地选择行之有效的可靠性设计技术，只有全面、科学合理地考虑系统的软件和硬件设计，从总体上提高系统的抗干扰能力和稳定性，切实提高PLC控制系统的稳定性。其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展，而且PLC的可靠性越来越强。无论从技术上、产品的配套性上、市场上网络的发展情况来看，PLC将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
[1]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，2001.
[2]王仁祥主编，常用低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.
[3]方承远主编，工厂电气控制技术，北京：机械工业出版社，2000.
[4]胡学林主编，可编程控制器教程，南京：电子工业出版社，2005.
[5]储云峰主编，电气可编程控制器原理及应用，北京：机械工业出版社，2006.
[6]周万珍主编，PLC分析与设计应用，北京：电子工业出版社，2004.
作者简介：刘巍，1990-5，男，汉，河南省周口市，内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司。