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摘 要： 针对 PLC 控制系统的特点， 详细阐述了 PLC 的工作环境、安装与布线的设计、接地与保护环节的设计、软件抗干扰设计、冗余设计等在提高 PLC 控制系统中的应用。
关键词： PLC 控制系统； 可靠性； 接地； 冗余
中图分类号：C931.6
引言
目前， 国内外 PLC 的年生产增长率大致保持在 30～40 %的水平。PLC 广泛应用于机械、冶金、化工、轻工、电力、汽车等行业， 尤其是在机械行业中， PLC 是实现机电一体化技术的首选产品。PLC 的应用， 使其所控制的设备、系统的工作可靠性， 相对单纯的继电器—接触器控制系统大大提高。由于 PLC 控制系统的可靠性直接影响到生产效率和安全， 因而它总是在讨论技术要求时要考虑的第一因素。在实际中往往从以下几个方面来考虑： ①对程序和数据的保护； ②对工业生产环境的适用性； ③故障安全原则， 系统间独立性原则与冗余及容错结构； ④运行时的实时性、连续性和可靠性。为了提高 PLC 运行系统的可靠性， 使用时还应注意以下问题。
1 使用环境
适合的工作环境： ①环境温度、湿度适宜， 各生产厂家对 PLC 的环境温度都有一定的规定。通常 PLC 允许的环境温度约在 0～55°C； ②注意环境污染， 不宜把PLC 安装在有大量污染物 （ 如灰尘、油烟、铁粉等） 、腐蚀性气体和可燃性气体的场所， 尤其是有腐蚀性气体的地方， 易造成元件及印刷线路板的腐蚀； ③远离振动和冲击源， 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； ④远离强干扰源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。
2 合理的安装与布线
（ 1） 注意电源安装。电源是干扰进入 PLC 的主要途径。PLC 系统的电源有两类： 外部电源和内部电源。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， 对 PLC 系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接 LC 滤波电路。
（2） 远离高压。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。
（3） 合理的布线。传输线之间的相互干扰是数字调节系统中较难解决的问题， 这些干扰主要来自传输导线间分布电容及电感引起的电磁互耦。所以布线时应注意以下几点： ①I/O 线、动力线及其它控制线应分开走线， 尽量不要在同一线槽中布线； ②交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线； ③开关量与模拟量的 I/O 线最好分开走线， 对于传送模拟量信号的 I/O 线最好用屏蔽线， 且屏蔽线的屏敝层应一端接地； ④PLC 的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高， 很容易受干扰， 不能与其它的连线敷埋在同一线槽内；
3 正确的接地
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， 如图 1（a）所示； 也可以采用公共接地， 如图 1（b） 所示； 但禁止使用如图 1（c） 所示的串联接地方式， 因为这种接地方式会产生 PLC 与设备之间的电位差。PLC 的接地线应尽量短， 使接地点尽量靠近 PLC。
4 必须的安全保护环节
（1） 短路保护。当 PLC 输出控制的负载短路时， 为了避免 PLC 内部输出元件损坏， 应该在 PLC 外部输出回路中装上熔断器， 进行短路保护。
（2） 互锁与联锁措施。在系统功能表上， 有时并不出现对联锁、互锁功能的具体描述， 但为了系统的可靠性， 在硬件设计和编程过程中都必须注意考虑， 并应互相配合，有时还要 “双管齐下”。
（3） 失压保护与紧急停车措施。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。这种接线方法的另一个作用是， 当特殊情況下需要紧急停机时， 按下 “停止”按钮就可以切断负载电源，而与 PLC 毫无关系。
（4） 感性输入/输出的处理。PLC 的输入端或输出端常常接有感性元件。如果是直流感性元件， 应在其两端并联续流二极管； 如果是交流元件， 应在其两端并联阻容电路 （也称灭弧罩， 有系列产品可供选择）， 从而抑制电路断开时产生的电弧对 PLC内部输入、输出元件的影响。
5 采用冗余系统或热备用系统
某些控制系统（ 如化工、造纸、冶金、核电站等） 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
7 结束语
PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题， 在PLC 本身的可靠性很高的情况下， 影响控制系统可靠性的主要因素是输入信号元件和输出执行元件。通过采用成熟技术和高质量的输入输出元器件， 合理配置 PLC 硬件和软件资源， 并充分利用 PLC 内部软元件设计 PLC 控制系统故障检测与诊断程序， 屏蔽输入元件的误信号， 防止输出元件误动作， 对关键元器件实行软、硬双重保护，就可以确保控制系统安全可靠地运行。
参考文献：
[1] 熊幸明.提高 PLC 控制系统可靠性的探讨[J].机床电器，2003，1.
[2] 李建兴.可编程序控制器应用技术[M].机械工业出版社，2004.
[3] 刘洪涛，黄海.PLC 应用开发从基础到实践 [M].电子工业出版社，2007.
关键词： PLC 控制系统； 可靠性； 接地； 冗余
中图分类号：C931.6
引言
目前， 国内外 PLC 的年生产增长率大致保持在 30～40 %的水平。PLC 广泛应用于机械、冶金、化工、轻工、电力、汽车等行业， 尤其是在机械行业中， PLC 是实现机电一体化技术的首选产品。PLC 的应用， 使其所控制的设备、系统的工作可靠性， 相对单纯的继电器—接触器控制系统大大提高。由于 PLC 控制系统的可靠性直接影响到生产效率和安全， 因而它总是在讨论技术要求时要考虑的第一因素。在实际中往往从以下几个方面来考虑： ①对程序和数据的保护； ②对工业生产环境的适用性； ③故障安全原则， 系统间独立性原则与冗余及容错结构； ④运行时的实时性、连续性和可靠性。为了提高 PLC 运行系统的可靠性， 使用时还应注意以下问题。
1 使用环境
适合的工作环境： ①环境温度、湿度适宜， 各生产厂家对 PLC 的环境温度都有一定的规定。通常 PLC 允许的环境温度约在 0～55°C； ②注意环境污染， 不宜把PLC 安装在有大量污染物 （ 如灰尘、油烟、铁粉等） 、腐蚀性气体和可燃性气体的场所， 尤其是有腐蚀性气体的地方， 易造成元件及印刷线路板的腐蚀； ③远离振动和冲击源， 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； ④远离强干扰源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。
2 合理的安装与布线
（ 1） 注意电源安装。电源是干扰进入 PLC 的主要途径。PLC 系统的电源有两类： 外部电源和内部电源。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， 对 PLC 系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接 LC 滤波电路。
（2） 远离高压。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。
（3） 合理的布线。传输线之间的相互干扰是数字调节系统中较难解决的问题， 这些干扰主要来自传输导线间分布电容及电感引起的电磁互耦。所以布线时应注意以下几点： ①I/O 线、动力线及其它控制线应分开走线， 尽量不要在同一线槽中布线； ②交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线； ③开关量与模拟量的 I/O 线最好分开走线， 对于传送模拟量信号的 I/O 线最好用屏蔽线， 且屏蔽线的屏敝层应一端接地； ④PLC 的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高， 很容易受干扰， 不能与其它的连线敷埋在同一线槽内；
3 正确的接地
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， 如图 1（a）所示； 也可以采用公共接地， 如图 1（b） 所示； 但禁止使用如图 1（c） 所示的串联接地方式， 因为这种接地方式会产生 PLC 与设备之间的电位差。PLC 的接地线应尽量短， 使接地点尽量靠近 PLC。
4 必须的安全保护环节
（1） 短路保护。当 PLC 输出控制的负载短路时， 为了避免 PLC 内部输出元件损坏， 应该在 PLC 外部输出回路中装上熔断器， 进行短路保护。
（2） 互锁与联锁措施。在系统功能表上， 有时并不出现对联锁、互锁功能的具体描述， 但为了系统的可靠性， 在硬件设计和编程过程中都必须注意考虑， 并应互相配合，有时还要 “双管齐下”。
（3） 失压保护与紧急停车措施。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。这种接线方法的另一个作用是， 当特殊情況下需要紧急停机时， 按下 “停止”按钮就可以切断负载电源，而与 PLC 毫无关系。
（4） 感性输入/输出的处理。PLC 的输入端或输出端常常接有感性元件。如果是直流感性元件， 应在其两端并联续流二极管； 如果是交流元件， 应在其两端并联阻容电路 （也称灭弧罩， 有系列产品可供选择）， 从而抑制电路断开时产生的电弧对 PLC内部输入、输出元件的影响。
5 采用冗余系统或热备用系统
某些控制系统（ 如化工、造纸、冶金、核电站等） 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
7 结束语
PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题， 在PLC 本身的可靠性很高的情况下， 影响控制系统可靠性的主要因素是输入信号元件和输出执行元件。通过采用成熟技术和高质量的输入输出元器件， 合理配置 PLC 硬件和软件资源， 并充分利用 PLC 内部软元件设计 PLC 控制系统故障检测与诊断程序， 屏蔽输入元件的误信号， 防止输出元件误动作， 对关键元器件实行软、硬双重保护，就可以确保控制系统安全可靠地运行。
参考文献：
[1] 熊幸明.提高 PLC 控制系统可靠性的探讨[J].机床电器，2003，1.
[2] 李建兴.可编程序控制器应用技术[M].机械工业出版社，2004.
[3] 刘洪涛，黄海.PLC 应用开发从基础到实践 [M].电子工业出版社，2007.