一、引言

PLC是可編程序控制器，在工業控制領域中得到了廣泛的應用。高集成度微電子器件的使用使其可靠性大大增大，并遠遠高于機械觸點的繼電器。但由于其工作環境惡劣，對于PLC控制系統的可靠性仍有待于提高，來應對現場情況對其可靠性的影響。一般情況下，可編程序控制器PLC以及生產現場的設備共同組成PLC控制系統，其中PLC包括中央處理器、主機架、擴展機架及相關的網絡以及外部設備，生產現場設備包括觸摸屏、工控機、繼電器、接觸器、接近開關、極限位置檢測開關、安全保護、傳感器、儀表、接線盒、接線端子、電動機、電源線、地線、信號線等。只有使以上的每一個部分的可靠性得到保證，才能使整個PLC控制系統的可靠性得到保證。

二、影響PLC系統可靠性的干擾源

通過對影響PLC控制系統的干擾源進行分類，以其為分界，可分為內部干擾源和外部干擾源。內部干擾源的有法原因主要包括：在對元器件進行布局時存在不合理性，使內部產生的信號互相干擾；線路中有電容性元件的存在，使其產生寄生振蕩；其外部干擾源主要原因有供電電源電壓產生波動，高次諧波產生的干擾，由于開關通斷形成的高、低頻干擾，部分強信號產生的感應電勢從而產生的干擾；其它設備由于串入控制系統的電容耦合而產生的干擾等等。

干擾源的干擾途徑主要是在電源線、輸入、輸出線和空中等部位。發生在電源線上的干擾會使供電質量下降，使PLC控制的靈敏度降低；發生在輸入、輸出線上的干擾會使PLC控制發生紊亂；發生在空中的干擾會使PLC的CPU操作失誤。

三、采取的硬件措施保證PLC系統的可靠性

1.抑制電源干擾

一般情況下，PLC系統電源與供電系統的動力電源是分離的，在進入PLC系統之間加屏蔽隔離變壓器。在隔離變壓器的次級側與PLC系統間使用大于等于2m2的雙絞線。在一、二次側的兩線圈之間放置屏蔽體，并與大地相連，這樣可以有效的避免線圈間的直接耦合。對于消除電源諧波可以通過在隔離穩壓器前使用濾波器的方法。

2.抑制線間干擾

在PLC控制系統的線路中主要包括電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，若不限存在問題，則會產生電磁感應和靜電感應等干擾，因此控制系統的布線對于布線間距以及線路的繞圈情況等是有要求的，必須嚴格按要求進行布線。

（1）地線的連接

控制系統采用正確的接地方式，是安全的保證也是抑制干擾的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及電容式三種，對于PLC系統而言由于其屬高速低電平控制裝置，因而采用直接式。

（2）電源線、I/O線與動力線的連接

動力電纜屬于高壓大電流線路，若系統的配線接近則會產生干擾，因此在進行布線時要將PLC的輸入輸出線與其他控制線分開，避免使用一條電纜。在對外部進行布線時對于控制電纜、動力電纜、輸入輸出線三者的間距一般控制在30cm以上。若實際情況不允許，只能提供同一線槽布線時，要使用金屬板將其三者間隔屏蔽，此時金屬板需與地連接。采用此布置原則可以使外界磁場以及這三者之間的相互干擾得到減少。

3.抑制外圍設備干擾

（1）PLC的輸入與輸出端子的保護

為避免電感性輸入或輸出電路斷開時產生的較高的感應電勢對PLC產生較大的沖擊影響，且PLC的驅動元件主要由電磁閥和交流接觸器線圈時，在驅動元件與PLC輸出端中間使用過零型固態繼電器AC-SSR是行之有效的解決方式。

（2）輸入與輸出信號的防錯

為減少PLC輸入電流和外部負載上的電流一般采取并聯旁路電阻在輸入、輸出端的方式。

（3）漏電流

當采用接近開關、光電開關等DC兩線式傳感器輸入信號時，若漏電流較大時，應考慮由此而產生的誤動作，使PLC輸入信號不能關斷。此時可以采用在PLC輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控硅為輸出時，為避免漏電流等原因引起輸出的元件關斷不了，也可以在輸出端并聯一旁路電阻。

（4）浪涌電壓

在控制器為觸點輸出時，不管該控制器本身是否能夠抗干擾，對于交流負載采取RC吸收，對于直流負載采用續流二級管來對感性負載產生的浪涌電壓進行吸收。

（5）沖擊電流

用晶體管或雙向可控硅輸出模塊對白熾燈或其他的有較大電源的負載進行驅動時，需要在PLC輸出端與旁路電阻進行并接或負載串聯使電阻限流來保護輸出模塊。

4.抑制電磁干擾

根據PLC控制系統中電磁干擾干擾模式的不同，可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，在采用隔離性能差的配電器供電時，共模電壓會比較大，有的甚至可以高達130V以上。共模電壓與差模電壓的轉換可通過不對稱電路，對其測控信號直接產生了影響，使元器件發生損壞。共模干擾既可以是直流又可以是交流。信號兩極間的干擾電壓稱為差模干擾，對于測量與控制精度都有極大的影響。為了對上述電磁干擾進行抑制來保證PLC控制系統的可靠性，一般采取以下三種措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統的抗干擾能力。

5.安裝中的抗干擾措施

PLC控制系統所處的環境對其自身的抗干擾能力也存在一定的影響。因此在安裝時應注意：

（1）濾波器、隔離穩壓器應設在PLC柜電源進線口處，不讓干擾進入柜內，或盡量縮短進線距離。

（2）PLC控制柜應盡可能遠離高壓柜、大動力設備、高頻設備。

（3）PLC控制柜要遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產生電弧的觸點。

（4）整臺PLC機要遠離發熱的電氣設備或其它熱源，并置放在通風良好的位置上。

（5）PLC程控器的外部要有可靠的防水系統以防止雨水進入，造成機器損壞。

四、采取的軟件措施保證PLC系統的可靠性

1.輸入輸出信號的可靠性的提高

對于提高輸入輸出信號的可靠性主要有以下三種方法：開關型傳感器信號的“去抖動”措施、數字濾波、以及指令冗余。

2.信息的保護和恢復

偶發性故障一般不會對PLC內部的信息造成破壞，在故障消失后信息即可恢復，使原來的工作繼續。在PLC在檢測到故障條件時，要立馬將現狀態存儲于存儲器，并通過相應的軟件對存儲器進行封閉，使外界不能對存儲器進行操作，以防止存儲器信息的丟失。當外界環境恢復正常時，檢測到外界環境正常后PLC可繼續進行原來的工作程序。

3.互鎖功能的設置

互鎖功能在大多數的工藝控制并無明確的要求，但出于對提高系統的可靠性的考慮，在硬件設計和編程中必須加以考慮。因為PLC內部邏輯上的互鎖會在外電路發生故障時失效。

4.故障檢測程序的設計

在故障的發生頻率的統計中，PLC本身的故障率遠遠低于PLC外部的輸人、輸出元件的故障率。當外部的元件發生故障時，一般PLC不會自動停機。要想使整個系統的可靠性得到進一步的提高，還需要在軟件中增加故障檢測程序。采用的檢測方法主要有時 間故障檢測法以及邏輯錯誤檢測法。

5.軟件容錯

在程序編制中對軟件容錯技術的采用，能夠使PLC在信號出錯的情況下及時的甄別錯誤，并能不受錯誤信號的影響繼續工作。

其工作過程主要是：對于對設備不會產生嚴重影響的故障信號，在程序中采取不同時間的判斷，以避免“偽報警”情況的出現。在延時后若信號未消失則采取進一步的行動。

這樣的邏輯順序可以使系統在個別信號出現錯誤時，其正常的邏輯功能不受影響。

五、結語

PLC控制系統是由硬件與軟件雙重決定的，對于這兩方面采取的改進措施是提高系統可靠性的重要手段，在上述提到的改進方式都是經過實踐得出的切實可行的手段，在對提高PLC系統的可靠性中起到了非常重要的作用。（作者：龔小花）