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[摘 要]可编程控制器最早是汽车生产线上使用的顺序控制器，又称为PLC。PLC可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，得到越来越广泛应用。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，系统才能安全、可靠、正确地工作。
[关键词]PLC；可靠性；自动控制系统
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0048-01
一、引言
可编程控制器最早是汽车生产线上使用的顺序控制器，又称为PLC（Programmable Logic Cotroller），是在继电器和微机的基础上发展而来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
PLC可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在油田自动控制领域得到越来越广泛应用。工业控制机作为中央控制单元，配有组态软件，选用主控实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较长距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。
二、影响PLC自控系统可靠性的主要原因
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，导致生产过程失控，造成无法挽回的经济损失。
（一）现场输入给PLC的信号出错
1.传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出现故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。
2.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，出现错误的控制结果。
3.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。
（二）执行机构出错
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。
输入信号出錯或执行机构出错都会影响PLC自控系统工作的可靠性，针对这两方面的影响因素，我们必须采取一定的保障措施，确保PLC自控系统可靠的工作。
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信号滤波程序或模拟信号滤波程序，来增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用图1程序设计方法，在现场输入触点后加一个定时器，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（图1）。
模拟信号滤波可采用其它设计方法，需使用A/D转换器进行信号转换，由数据寄存器保存数据。在程序设计时通过采用输入信号滤波的方法，可以大大提高输入信号的可靠性。
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。在一定时间里输入变化范围，但输出在允许值内变化自动延长通断时间，消除了小信号影响、极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。
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。我们设计了如图2所示的程序来判断接触器是否可靠动作。XO为接触器动作条件，YO为控制线圈输出。
五、提高PLC可靠性的方法
要提高PLC自动控制系统的可靠性，除了要提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，还要在自动控制系统中设计故障显示报警系统。我们可以设计3级故障显示报警系统，第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。专门设置故障复位灯按钮，显示设备工作状态。第2级故障显示设置在主控监视器屏幕上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。第3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，可以将故障进行分类，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，故障可在运行中进行排除，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。
[关键词]PLC；可靠性；自动控制系统
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0048-01
一、引言
可编程控制器最早是汽车生产线上使用的顺序控制器，又称为PLC（Programmable Logic Cotroller），是在继电器和微机的基础上发展而来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
PLC可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在油田自动控制领域得到越来越广泛应用。工业控制机作为中央控制单元，配有组态软件，选用主控实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较长距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。
二、影响PLC自控系统可靠性的主要原因
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，导致生产过程失控，造成无法挽回的经济损失。
（一）现场输入给PLC的信号出错
1.传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出现故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。
2.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，出现错误的控制结果。
3.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。
（二）执行机构出错
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。
输入信号出錯或执行机构出错都会影响PLC自控系统工作的可靠性，针对这两方面的影响因素，我们必须采取一定的保障措施，确保PLC自控系统可靠的工作。
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信号滤波程序或模拟信号滤波程序，来增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用图1程序设计方法，在现场输入触点后加一个定时器，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（图1）。
模拟信号滤波可采用其它设计方法，需使用A/D转换器进行信号转换，由数据寄存器保存数据。在程序设计时通过采用输入信号滤波的方法，可以大大提高输入信号的可靠性。
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。在一定时间里输入变化范围，但输出在允许值内变化自动延长通断时间，消除了小信号影响、极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。
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。我们设计了如图2所示的程序来判断接触器是否可靠动作。XO为接触器动作条件，YO为控制线圈输出。
五、提高PLC可靠性的方法
要提高PLC自动控制系统的可靠性，除了要提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，还要在自动控制系统中设计故障显示报警系统。我们可以设计3级故障显示报警系统，第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。专门设置故障复位灯按钮，显示设备工作状态。第2级故障显示设置在主控监视器屏幕上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。第3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，可以将故障进行分类，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，故障可在运行中进行排除，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。