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摘要：可编程序控制器(简称PLC)是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PCL是一种计算机系统，比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。本文主要就是针对提高PLC控制系统可靠性的措施来进行分析。
关键词：PLC；控制系统；可靠性
中图分类号：C935文献标识码： A
引言
PLC系统的可靠性涉及多方面因素，研究起来比较复杂，为提高PLC系统的稳定性，保证工业生产的正常进行，除了选择品质优良，性能稳定的PLC产品之外，在实际应用过程当中，应该从改善系统设计出发，通过简化设计方案、提高输入输出模块的稳定性、提高电磁兼容性、改进软件设计、引入冗余设计等措施，使PLC系统的可靠性得到有效保障。
1、PLC控制系统概述
PLC系统构造与计算机构造相类似，它由硬件设备和软件系统共同组成，其中硬件设备包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出装置、外围设备以及现场设备等。中央处理设备是PLC系统的控制中枢，由控制电路、算术逻辑单元、存储器等构成，它在PLC中的地位相当于大脑在人体中的地位，负责系统整体的运行和操作。通常情况下，用户借助专用通讯编程设备向系统中输入数据和命令，中央处理器对这些数据和命令进行接收，并寄存于临时存储器（RAM）中。PLC开机后，中央处理器会从RAM中调用数据并执行命令，直到所有指令执行完毕后，便完成了一个扫描周期，程序也被完整的执行了一次。PLC通过执行用户编写的程序对现场实行有效的监视和控制，大大节省了人力和物力，实现了工业自动化控制。
2、影响PLC控制系统可靠性分析
PLC系统的可靠性即系统在限定的要求和指定的时间内完成计划任务的能力，PLC系统可靠性的高低一般以可靠度、故障率、平均失效间隔时间、平均故障修复时间、工作有效度、系统安全性等数据来表示。就目前而言，PLC本身的可靠性还是比较高的，某些公司生产的PLC设备的平均无故障运行时间甚至达到几十万个小时。工程实践显示，PLC系统的故障中只有很少一部分属于PLC本身的故障，而这部分当中，绝大多数发生在输入输出接口电路，只有极少部分故障属于PLC主机的问题。因此，提高PLC系统可靠性，应该以减小失效率，延长平均失效间隔时间、缩短平均故障修复时间以及提高系统有效度为出发点，妥善的制定措施。此外，提高PLC系统的稳定性，离不开软件和硬件的相互结合，对于部分在可靠性方面存在特殊要求的PLC系統，还要针对性的制定额外策略，如加入自我诊断功能、建立备用系统等。
3、提高PLC系统可靠性应遵循的原则
3.1、简化设计原则
PLC控制系统的设计要在达到控制标准的前提下，进行简化设计，包括硬件设计简化以及通讯接口简化。硬件设计简化应尽量缩减设备元器件的品种与数量，并使用统一品牌的元器件；通讯接口简化应尽量采用PLC设备支持的通讯协议，减少协议转换，系统中的通讯协议尽量统一。这样既能减少控制系统的复杂性，降低故障率，同时也可以降低投资成本和维护成本。
3.2、设备的质量控制原则
保证控制系统中每个设备元件的质量，正确选择与使用设备元件，是提高整个控制系统可靠性的关键所在。设备元件的选用不当，会造成控制系统的不稳定甚至失效，因此，PLC控制系统中所使用的设备元件必须经过正确的计算并结合电气设备的运行环境与条件进行选择，从而保证其工作稳定性和安全性。
3.3、电磁兼容设计原则
PLC系统经常会安装在工业现场，其运行环境相对恶劣，各类干扰极大地降低了PLC控制系统的可靠性，尤其是强电磁的干扰，而这些干扰都属于外部干扰，可以通过合理安装及布线、对电源进行隔离处理的方式，以达到消除或抑制干扰的效果，保障系统或设备可以在电磁环境中正常运行。
3.4、安全性设计原则
PLC不仅要有完善的过载保护、接地保护、欠压与失压保护、短路保护等常规保护环节，而且还要有感性负载时输出端子的保护、不允许同时动作的继电器的联锁保护、运动部件的限位保护、PLC发生故障时的急停保护等安全环节。控制系统必须具备完善的应对方案以避免人员伤亡，减少设备损坏事故的发生率，这是PLC控制系统安全可靠运作的基本保障。
4、提高PLC系统可靠性的策略
4.1、简化设计方案
PLC控制系统系统结构复杂，在设计时往往有多种选择方案，在实现控制功能的前提下，要尽可能的选择较为简单的设计方案。简化设计方案一是减少元部件的数目，从而降低元部件的失效率；二是减少元部件的种类，缩短平均故障修复时间；三是减少系统中通讯协议的种类，减少协议转换器的使用，从而减少通讯故障点。此外，在选择元部件时挑选通用性较好的标准部件，也可以减少故障的维护时间。通过简化设计方案，可以降低系统的复杂性，从而有效提高系统的稳定性。
4.2、提高输入输出模块的稳定性
输入输出设备的质量和稳定性是PLC系统可靠性的重要影响因素，在系统的设计和制造过程中，要选择质量和稳定性较好的变送器与开关设备，同时要严格执行工厂验收试验（FAT）、现场验收试验（SAT）等验收程序，做好线路的检查、抽查工作，避免线路短路、断路或触点松动等情况的发生。在程序设计方面，可以通过引入数字滤波设计来提高输入信号的稳定性和可信度。
4.3、提高电磁兼容性
PLC系统经常位于比较恶劣的工作环境中，其中的各种干扰尤其是电磁干扰严重影响着系统的稳定性，为了有效屏蔽电磁干扰，保证设备在电磁环境中正常运行，并且不对周围的其他电磁设备造成影响，在设计时必须加强系统的电磁兼容性。PLC系统受到的电磁干扰分内部干扰和外部干扰，内部干扰是PLC系统本身产生的电磁干扰，需要PLC制造商在设计制造时就加以考虑。通过选择性能优良的PLC品牌可以充分减少内部干扰的问题。外部干扰即来自工作环境的干扰，包括辐射干扰、输入输出设备干扰、接地干扰、电源干扰等，为有效抑制外部干扰，需要在PLC系统设计、安装和使用时，充分考虑环境因素，针对性的制定措施，进行合理的安装和布线，做好电源的隔离，保证有效的接地，选择屏蔽性能好的电缆，必要时可对电缆进行穿管保护，从而有效降低系统受到的电磁干扰。
4.4、提高PLC控制系统可靠性的硬件措施
首先要选择恰当的供电电源，使用隔离性能良好的隔离变压器，采用分布电容较小、抑制较大的配电器，以削减干扰；其次要保护输入输出通道，使用数字传感器代替模拟传感器，对输出输入通道采用电气隔离的方式进行保护，模拟量的输入输出可采用V/F、F/V转换器；再次要完善接地系统，保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地和防雷接地设置到位，并选择正确的接地方法，保证接地电阻满足规范要求；在工业现场安装的PLC必须使用金属盘柜屏蔽安装，并可靠接地。
4.5、提高PLC控制系统可靠性的软件措施
第一，提高输入输出信号的准确性。充分考虑触点的抖动状况与系统规定的响应速率，采用延时确认的方法，在确定触点稳定断开或闭合的状况下方能执行相应动作；在对模拟信号进行多次采样的前提下，采用软件算法获取最精确可靠的数据，并在尽量短的周期内重复输出数据。
第二，对信息进行保护与恢复，设置互锁功能。PLC控制系统发现系统中存在故障时，应迅速将当前状态存进存储器里，对存储器进行封锁，严禁对存储器进行其他操作，避免造成存储器信息遗失，然后设计一种互锁程序，以保护信息数据。
第三，优化故障检测程序，保护数据与信息。控制系统运作中各项设备的运行都有严格的时间限制，把时间当作指标，在要检测的每一项运行环节开始的同时设置一个定时器，定时器的时间设定值比正常情况下的运作时间稍长。另外，可以将事先编好部分经常出现的故障异常逻辑程序编入用户程序之中，将试验有效的程序保存到光盘之中，重点保护应用程序的备份。
4.6、引入冗余设计
通常PLC系统的运行是非常稳定的，但是在运行过程当中无法绝对避免系统会出现问题，虽然概率极低，但对于一些重要的场合，一旦问题出现，造成的影响将会是非常严重的。对于这类场合，就需要通过引入冗余设计来保证控制系统运行的可靠性。
PLC系统冗余一般包括电源冗余、处理器冗余、通信冗余、I/O冗余等类型的冗余模式，根据被控制对象的重要程度来决定采用某一种冗余或几种冗余模式同时使用。
结束语
早期的PLC是一种可编程逻辑控制器，主要用以取代继电器进行逻辑控制，随着科技的不断进步，PLC的功能获得很大的提高，已经远远超出了逻辑控制的范畴，与此同时，PLC系统的稳定性也获得了一定程度的提升。然而，影响PLC控制系统可靠性的主要因素众多，因此在设计过程中应遵守简化设计原则、质量控制原则、电磁兼容设计原则，以及安全性设计原则，并优化PLC控制系统的设计方案，在硬件配置方面加强控制系统对外部不良环境的抗干扰能力，在软件配置方面对设备进行准确合理的评估，其设计方案要依据实际情况作出改进。
参考文献
[1]郝淑荣.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].电气开关，2013，01:4-7.
[2]张朝阳.提高PLC控制系统可靠性的对策与措施[J].产业与科技论坛，2013，03:77-78.
[3]杜林.PLC控制系统可靠性研究[J].中国新技术新产品，2013，14:41-42.
[4]翟丽.提高PLC控制系统的可靠性研究[J].产业与科技论坛，2013，05:64-65.
关键词：PLC；控制系统；可靠性
中图分类号：C935文献标识码： A
引言
PLC系统的可靠性涉及多方面因素，研究起来比较复杂，为提高PLC系统的稳定性，保证工业生产的正常进行，除了选择品质优良，性能稳定的PLC产品之外，在实际应用过程当中，应该从改善系统设计出发，通过简化设计方案、提高输入输出模块的稳定性、提高电磁兼容性、改进软件设计、引入冗余设计等措施，使PLC系统的可靠性得到有效保障。
1、PLC控制系统概述
PLC系统构造与计算机构造相类似，它由硬件设备和软件系统共同组成，其中硬件设备包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出装置、外围设备以及现场设备等。中央处理设备是PLC系统的控制中枢，由控制电路、算术逻辑单元、存储器等构成，它在PLC中的地位相当于大脑在人体中的地位，负责系统整体的运行和操作。通常情况下，用户借助专用通讯编程设备向系统中输入数据和命令，中央处理器对这些数据和命令进行接收，并寄存于临时存储器（RAM）中。PLC开机后，中央处理器会从RAM中调用数据并执行命令，直到所有指令执行完毕后，便完成了一个扫描周期，程序也被完整的执行了一次。PLC通过执行用户编写的程序对现场实行有效的监视和控制，大大节省了人力和物力，实现了工业自动化控制。
2、影响PLC控制系统可靠性分析
PLC系统的可靠性即系统在限定的要求和指定的时间内完成计划任务的能力，PLC系统可靠性的高低一般以可靠度、故障率、平均失效间隔时间、平均故障修复时间、工作有效度、系统安全性等数据来表示。就目前而言，PLC本身的可靠性还是比较高的，某些公司生产的PLC设备的平均无故障运行时间甚至达到几十万个小时。工程实践显示，PLC系统的故障中只有很少一部分属于PLC本身的故障，而这部分当中，绝大多数发生在输入输出接口电路，只有极少部分故障属于PLC主机的问题。因此，提高PLC系统可靠性，应该以减小失效率，延长平均失效间隔时间、缩短平均故障修复时间以及提高系统有效度为出发点，妥善的制定措施。此外，提高PLC系统的稳定性，离不开软件和硬件的相互结合，对于部分在可靠性方面存在特殊要求的PLC系統，还要针对性的制定额外策略，如加入自我诊断功能、建立备用系统等。
3、提高PLC系统可靠性应遵循的原则
3.1、简化设计原则
PLC控制系统的设计要在达到控制标准的前提下，进行简化设计，包括硬件设计简化以及通讯接口简化。硬件设计简化应尽量缩减设备元器件的品种与数量，并使用统一品牌的元器件；通讯接口简化应尽量采用PLC设备支持的通讯协议，减少协议转换，系统中的通讯协议尽量统一。这样既能减少控制系统的复杂性，降低故障率，同时也可以降低投资成本和维护成本。
3.2、设备的质量控制原则
保证控制系统中每个设备元件的质量，正确选择与使用设备元件，是提高整个控制系统可靠性的关键所在。设备元件的选用不当，会造成控制系统的不稳定甚至失效，因此，PLC控制系统中所使用的设备元件必须经过正确的计算并结合电气设备的运行环境与条件进行选择，从而保证其工作稳定性和安全性。
3.3、电磁兼容设计原则
PLC系统经常会安装在工业现场，其运行环境相对恶劣，各类干扰极大地降低了PLC控制系统的可靠性，尤其是强电磁的干扰，而这些干扰都属于外部干扰，可以通过合理安装及布线、对电源进行隔离处理的方式，以达到消除或抑制干扰的效果，保障系统或设备可以在电磁环境中正常运行。
3.4、安全性设计原则
PLC不仅要有完善的过载保护、接地保护、欠压与失压保护、短路保护等常规保护环节，而且还要有感性负载时输出端子的保护、不允许同时动作的继电器的联锁保护、运动部件的限位保护、PLC发生故障时的急停保护等安全环节。控制系统必须具备完善的应对方案以避免人员伤亡，减少设备损坏事故的发生率，这是PLC控制系统安全可靠运作的基本保障。
4、提高PLC系统可靠性的策略
4.1、简化设计方案
PLC控制系统系统结构复杂，在设计时往往有多种选择方案，在实现控制功能的前提下，要尽可能的选择较为简单的设计方案。简化设计方案一是减少元部件的数目，从而降低元部件的失效率；二是减少元部件的种类，缩短平均故障修复时间；三是减少系统中通讯协议的种类，减少协议转换器的使用，从而减少通讯故障点。此外，在选择元部件时挑选通用性较好的标准部件，也可以减少故障的维护时间。通过简化设计方案，可以降低系统的复杂性，从而有效提高系统的稳定性。
4.2、提高输入输出模块的稳定性
输入输出设备的质量和稳定性是PLC系统可靠性的重要影响因素，在系统的设计和制造过程中，要选择质量和稳定性较好的变送器与开关设备，同时要严格执行工厂验收试验（FAT）、现场验收试验（SAT）等验收程序，做好线路的检查、抽查工作，避免线路短路、断路或触点松动等情况的发生。在程序设计方面，可以通过引入数字滤波设计来提高输入信号的稳定性和可信度。
4.3、提高电磁兼容性
PLC系统经常位于比较恶劣的工作环境中，其中的各种干扰尤其是电磁干扰严重影响着系统的稳定性，为了有效屏蔽电磁干扰，保证设备在电磁环境中正常运行，并且不对周围的其他电磁设备造成影响，在设计时必须加强系统的电磁兼容性。PLC系统受到的电磁干扰分内部干扰和外部干扰，内部干扰是PLC系统本身产生的电磁干扰，需要PLC制造商在设计制造时就加以考虑。通过选择性能优良的PLC品牌可以充分减少内部干扰的问题。外部干扰即来自工作环境的干扰，包括辐射干扰、输入输出设备干扰、接地干扰、电源干扰等，为有效抑制外部干扰，需要在PLC系统设计、安装和使用时，充分考虑环境因素，针对性的制定措施，进行合理的安装和布线，做好电源的隔离，保证有效的接地，选择屏蔽性能好的电缆，必要时可对电缆进行穿管保护，从而有效降低系统受到的电磁干扰。
4.4、提高PLC控制系统可靠性的硬件措施
首先要选择恰当的供电电源，使用隔离性能良好的隔离变压器，采用分布电容较小、抑制较大的配电器，以削减干扰；其次要保护输入输出通道，使用数字传感器代替模拟传感器，对输出输入通道采用电气隔离的方式进行保护，模拟量的输入输出可采用V/F、F/V转换器；再次要完善接地系统，保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地和防雷接地设置到位，并选择正确的接地方法，保证接地电阻满足规范要求；在工业现场安装的PLC必须使用金属盘柜屏蔽安装，并可靠接地。
4.5、提高PLC控制系统可靠性的软件措施
第一，提高输入输出信号的准确性。充分考虑触点的抖动状况与系统规定的响应速率，采用延时确认的方法，在确定触点稳定断开或闭合的状况下方能执行相应动作；在对模拟信号进行多次采样的前提下，采用软件算法获取最精确可靠的数据，并在尽量短的周期内重复输出数据。
第二，对信息进行保护与恢复，设置互锁功能。PLC控制系统发现系统中存在故障时，应迅速将当前状态存进存储器里，对存储器进行封锁，严禁对存储器进行其他操作，避免造成存储器信息遗失，然后设计一种互锁程序，以保护信息数据。
第三，优化故障检测程序，保护数据与信息。控制系统运作中各项设备的运行都有严格的时间限制，把时间当作指标，在要检测的每一项运行环节开始的同时设置一个定时器，定时器的时间设定值比正常情况下的运作时间稍长。另外，可以将事先编好部分经常出现的故障异常逻辑程序编入用户程序之中，将试验有效的程序保存到光盘之中，重点保护应用程序的备份。
4.6、引入冗余设计
通常PLC系统的运行是非常稳定的，但是在运行过程当中无法绝对避免系统会出现问题，虽然概率极低，但对于一些重要的场合，一旦问题出现，造成的影响将会是非常严重的。对于这类场合，就需要通过引入冗余设计来保证控制系统运行的可靠性。
PLC系统冗余一般包括电源冗余、处理器冗余、通信冗余、I/O冗余等类型的冗余模式，根据被控制对象的重要程度来决定采用某一种冗余或几种冗余模式同时使用。
结束语
早期的PLC是一种可编程逻辑控制器，主要用以取代继电器进行逻辑控制，随着科技的不断进步，PLC的功能获得很大的提高，已经远远超出了逻辑控制的范畴，与此同时，PLC系统的稳定性也获得了一定程度的提升。然而，影响PLC控制系统可靠性的主要因素众多，因此在设计过程中应遵守简化设计原则、质量控制原则、电磁兼容设计原则，以及安全性设计原则，并优化PLC控制系统的设计方案，在硬件配置方面加强控制系统对外部不良环境的抗干扰能力，在软件配置方面对设备进行准确合理的评估，其设计方案要依据实际情况作出改进。
参考文献
[1]郝淑荣.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].电气开关，2013，01:4-7.
[2]张朝阳.提高PLC控制系统可靠性的对策与措施[J].产业与科技论坛，2013，03:77-78.
[3]杜林.PLC控制系统可靠性研究[J].中国新技术新产品，2013，14:41-42.
[4]翟丽.提高PLC控制系统的可靠性研究[J].产业与科技论坛，2013，05:64-65.