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[摘 要] 大量的PLC工作在环境恶劣、复杂的工业环境中，高要求的工业现场要求PLC有很强的可靠性及长时间的无故障工作周期。本文分别从PLC本身、工作环境、安装布线、接地、安全保护环节、软件措施及冗余热备表决系统几个方面说明使用或设计时应注意的问题。
[关键词] 可靠性 抗干扰 工作环境
在现代电气自动控制设备中，高可靠性是其重要的关键性能，而这些自动化设备中，由PLC（可编程控制器）直接控制或参与控制的设备则占了大量的市场份额。因此提高PLC控制系统的可靠性对于设备的正常、稳定工作乃至该设备以后的功能增加改进来讲是非常有必要的。
一、PLC本身设计的抗干扰性
PLC采用现代的大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造。与传统继电器接触器控制电路相比，内部处理不依靠接点，元件寿命十分长。作为工业控制计算机，在设计和制造的过程中采取了多层抗干扰措施。在输入/输出通道采用光电隔离,有效抑制外部干扰源对PLC的影响;在设计中采用滤波器等电路增强PLC对电噪声、电源波动、振动、电磁波等的干扰,确保PLC在高温、高湿以及空气中存在各种强腐蚀物质粒子的恶劣工业环境下工作;对中央处理器等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽,以减少电磁干扰。
二、适合的工作环境
各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定。通常PLC允许的工作环境温度约在0~55°C。因此，安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜要有通风的百叶窗，还应该在柜内安装风扇强迫通风。
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以保证PLC的绝缘性能；湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所、安装PLC的控制柜要有防雨措施。在必要的情况下，可以安装空调。
不宜把PLC安装在能直接接触到大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的场所，一旦受到气体的侵蚀，很容易造成元件及印制线路板的腐蚀。PLC安装在这种场所，在温度条件允许的情况下，可以将PLC封闭；或将PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。
三、合理的安装和布线
PLC有内部电源和外部电源。对外部电源的要求相对来说不高。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。在工业现场，开关动作引起的浪涌、大型电力设备的启停、交直流传动系统引起的谐波等都能在电网中引起强烈的脉冲干扰。一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或性能较好的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意两个问题：（1）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；（2）PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证输入信号的正确性和稳定性。
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。
安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。
四、接地
良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，且PLC接地极与其他设备接地极相距10M以上。接地时，严格检查接地点的状态，正常状态下接地点是没有电流流过的。
接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于2mm2。另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100Ω。
另外，接地点分布的不合理则会使接地点电位不同从而产生环地电流可能会影响PLC内部逻辑电路和模拟电路的正常运行。
五、安全保护环节
1．短路保护
除了PLC本身需要有短路保护之外，必须在PLC外部输出回路中装上熔断器，最好在每个负载的回路中都装上熔断器进行短路保护。当PLC输出设备短路时，避免PLC内部输出元件损坏。
2．互锁
除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中必须采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。在不同电机或电器之间有联锁要求时，必须在PLC外部进行硬件联锁。
3．紧急停止
紧急停止时切断负载的电源，而与PLC电源无关。PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。
六、软件措施
有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性起到很好的作用。
七、采用冗余系统或热备用系统、表决系统
某些控制系统（如化工、造纸、冶金、核电站、航天航空业等）要求有极高的可靠性，如果控制系统出现故障，由此引起停产或设备损坏将造成极大的经济损失。因此，仅仅通过提高PLC控制系统的自身可靠性是满足不了要求。在这种要求极高可靠性的大型系统中，常采用冗余系统或热备用系统来有效地解决上述问题。
1.冗余系统
所谓冗余系统是指系统中有多余的部分，没有它系统照样工作，但在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是在控制系统中最重要的部分（如CPU模块）由两套相同的硬件组成，当某一套出现故障立即由另一套来控制。是否使用两套相同的I/O模块，取决于系统对可靠性的要求程度。
2. 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。
3. 表决系统
在性能可靠性要求非常高的时候，可采用3CPU组成的表决系统。即三只CPU同时运算，有两只以上的运算结果是正确的方可把运算结果传递给IO口或外部设备。在要求极高的系统中，如在航天航空业使用5CPU甚至7CPU组成的表决系统。
参考文献：
[1] 姚永红．浅谈提高PLC控制系统的可靠性．四川水泥．2010．
[2] 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社, 2006.
[3] 汪晓光.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 1995.
[4] 苏淦万．提高PLC可靠性抗干扰措施．能源与环境，2004，4．
[关键词] 可靠性 抗干扰 工作环境
在现代电气自动控制设备中，高可靠性是其重要的关键性能，而这些自动化设备中，由PLC（可编程控制器）直接控制或参与控制的设备则占了大量的市场份额。因此提高PLC控制系统的可靠性对于设备的正常、稳定工作乃至该设备以后的功能增加改进来讲是非常有必要的。
一、PLC本身设计的抗干扰性
PLC采用现代的大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造。与传统继电器接触器控制电路相比，内部处理不依靠接点，元件寿命十分长。作为工业控制计算机，在设计和制造的过程中采取了多层抗干扰措施。在输入/输出通道采用光电隔离,有效抑制外部干扰源对PLC的影响;在设计中采用滤波器等电路增强PLC对电噪声、电源波动、振动、电磁波等的干扰,确保PLC在高温、高湿以及空气中存在各种强腐蚀物质粒子的恶劣工业环境下工作;对中央处理器等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽,以减少电磁干扰。
二、适合的工作环境
各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定。通常PLC允许的工作环境温度约在0~55°C。因此，安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜要有通风的百叶窗，还应该在柜内安装风扇强迫通风。
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以保证PLC的绝缘性能；湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所、安装PLC的控制柜要有防雨措施。在必要的情况下，可以安装空调。
不宜把PLC安装在能直接接触到大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的场所，一旦受到气体的侵蚀，很容易造成元件及印制线路板的腐蚀。PLC安装在这种场所，在温度条件允许的情况下，可以将PLC封闭；或将PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。
三、合理的安装和布线
PLC有内部电源和外部电源。对外部电源的要求相对来说不高。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。在工业现场，开关动作引起的浪涌、大型电力设备的启停、交直流传动系统引起的谐波等都能在电网中引起强烈的脉冲干扰。一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或性能较好的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意两个问题：（1）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；（2）PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证输入信号的正确性和稳定性。
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。
安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。
四、接地
良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，且PLC接地极与其他设备接地极相距10M以上。接地时，严格检查接地点的状态，正常状态下接地点是没有电流流过的。
接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于2mm2。另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100Ω。
另外，接地点分布的不合理则会使接地点电位不同从而产生环地电流可能会影响PLC内部逻辑电路和模拟电路的正常运行。
五、安全保护环节
1．短路保护
除了PLC本身需要有短路保护之外，必须在PLC外部输出回路中装上熔断器，最好在每个负载的回路中都装上熔断器进行短路保护。当PLC输出设备短路时，避免PLC内部输出元件损坏。
2．互锁
除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中必须采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。在不同电机或电器之间有联锁要求时，必须在PLC外部进行硬件联锁。
3．紧急停止
紧急停止时切断负载的电源，而与PLC电源无关。PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。
六、软件措施
有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性起到很好的作用。
七、采用冗余系统或热备用系统、表决系统
某些控制系统（如化工、造纸、冶金、核电站、航天航空业等）要求有极高的可靠性，如果控制系统出现故障，由此引起停产或设备损坏将造成极大的经济损失。因此，仅仅通过提高PLC控制系统的自身可靠性是满足不了要求。在这种要求极高可靠性的大型系统中，常采用冗余系统或热备用系统来有效地解决上述问题。
1.冗余系统
所谓冗余系统是指系统中有多余的部分，没有它系统照样工作，但在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是在控制系统中最重要的部分（如CPU模块）由两套相同的硬件组成，当某一套出现故障立即由另一套来控制。是否使用两套相同的I/O模块，取决于系统对可靠性的要求程度。
2. 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。
3. 表决系统
在性能可靠性要求非常高的时候，可采用3CPU组成的表决系统。即三只CPU同时运算，有两只以上的运算结果是正确的方可把运算结果传递给IO口或外部设备。在要求极高的系统中，如在航天航空业使用5CPU甚至7CPU组成的表决系统。
参考文献：
[1] 姚永红．浅谈提高PLC控制系统的可靠性．四川水泥．2010．
[2] 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社, 2006.
[3] 汪晓光.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 1995.
[4] 苏淦万．提高PLC可靠性抗干扰措施．能源与环境，2004，4．