PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性研究

　　可編程控制器由于抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價(jià)格比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。

　　中央控制單元和下位機(jī)PLC之間采用串行通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通常距離在1000m以內(nèi)選用485雙絞線通訊方式，較常距離可選用光纖通訊，更長距離也可選用無線通訊方式。下位機(jī)選用PLC控制，根據(jù)控制對象的多少，控制對象的范圍，可選用一臺(tái)或多臺(tái)PLC進(jìn)行控制，PLC之間數(shù)據(jù)交換是利用內(nèi)部鏈接寄存器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享。由于PLC對現(xiàn)場進(jìn)實(shí)時(shí)監(jiān)控具有很高的可靠性，且編程簡單、靈活，因此越來越受到人們重視。

　　1、控制系統(tǒng)可靠性降低的主要原因

　　雖然工業(yè)控制機(jī)和可編程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果輸入給PLC的開關(guān)量信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，模擬量信號(hào)出現(xiàn)較大偏差，PLC輸出口控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求動(dòng)作，這些都可能使控制過程出錯(cuò)，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

　　影響現(xiàn)場輸入給PLC信號(hào)出錯(cuò)的主要原因有：

　　1)造成傳輸信號(hào)線短路或斷路(由于機(jī)械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害)，當(dāng)傳輸信號(hào)線出故障時(shí)，現(xiàn)場信號(hào)無法傳送給PLC，造成控制出錯(cuò);

　　2)機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)，現(xiàn)場觸點(diǎn)雖然只閉合一次，PLC卻認(rèn)為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計(jì)數(shù)、累加、移位等指令中出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤控制結(jié)果;

　　3)現(xiàn)場變送器，機(jī)械開關(guān)自身出故障，如觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會(huì)使控制系統(tǒng)不能正常工作。

　　影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因有：

　　1)控制負(fù)載的接觸不能可靠動(dòng)作，雖然PLC發(fā)出了動(dòng)作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動(dòng)作;

　　2)控制變頻器起動(dòng)，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機(jī)并沒按要求工作;

　　3)各種電動(dòng)閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。要提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，必須提高輸入信號(hào)的可靠性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，否則PLC應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，用聲光等報(bào)警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統(tǒng)安全、可靠、正確地工作。

　　2、設(shè)計(jì)完善的故障報(bào)警系統(tǒng)

　　在自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我們設(shè)計(jì)了3級(jí)故障顯示報(bào)警系統(tǒng)，1級(jí)設(shè)置在控制現(xiàn)場各控制柜面板，用指示燈指示設(shè)備正常運(yùn)行和故障情況，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)對應(yīng)指示燈亮，當(dāng)該設(shè)備運(yùn)行有故障時(shí)指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設(shè)備工作情況，專門設(shè)置了故障復(fù)位/燈測試按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行任何時(shí)間持續(xù)按該按鈕3s，所有指示燈應(yīng)全部點(diǎn)亮，如果這時(shí)有指示等不亮說明該指示燈已壞，應(yīng)立即更換，改按鈕復(fù)位后指示燈仍按原工作狀態(tài)顯示設(shè)備工作狀態(tài)。2級(jí)故障顯示設(shè)置在中心控制室大屏幕監(jiān)視器上，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應(yīng)的設(shè)備閃爍，歷史事件表中將記錄該故障。3級(jí)故障顯示設(shè)置在中心控制室信號(hào)箱內(nèi)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，信號(hào)箱將用聲、光報(bào)警方式提示工作人員，及時(shí)處理故障。在處理故障時(shí)，又將故障進(jìn)行分類，有些故障是要求系統(tǒng)停止運(yùn)行的，但有些故障對系統(tǒng)工作影響不大，系統(tǒng)可帶故障運(yùn)行，故障可在運(yùn)行中排除，這樣就大大減少整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)可靠性運(yùn)行水平。

　　3、輸入信號(hào)可靠性研究

　　要提高現(xiàn)場輸入給PLC信號(hào)的可靠性，首先要選擇可靠性較高的變送器和各種開關(guān)，防止各種原因引起傳送信號(hào)線短路、斷路或接觸不良。其次在程序設(shè)計(jì)時(shí)增加數(shù)字濾波程序，增加輸入信號(hào)的可信性。

　　在現(xiàn)場輸入觸點(diǎn)后加一定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統(tǒng)要的響應(yīng)速度確定，一般在幾十ms，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩(wěn)定閉合后，才有其它響應(yīng)。模擬信號(hào)濾波可采用圖2b程序設(shè)計(jì)方法，對現(xiàn)場模擬信號(hào)連續(xù)采樣3次，采樣間隔由A/D轉(zhuǎn)換速度和該模擬信號(hào)變化速率決定。3次采樣數(shù)據(jù)分別存放在數(shù)據(jù)寄存器DT10、DT11、DT12中，當(dāng)最后1次采樣結(jié)束后利用數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)交換指令、數(shù)據(jù)段比較指令去掉最大和最小值，保留中間值作為本次采樣結(jié)果存放在數(shù)據(jù)寄存器DT0中。

　　提高讀入PLC現(xiàn)場信號(hào)的可靠性還可利用控制系統(tǒng)自身特點(diǎn)，利用信號(hào)之間關(guān)系來判斷信號(hào)的可信程度。如進(jìn)行液位控制，由于儲(chǔ)罐的尺寸是已知的，進(jìn)液或出液的閥門開度和壓力是已知的，在一定時(shí)間里罐內(nèi)液體變化高度大約在什么范圍是知道的，如果這時(shí)液位計(jì)送給PLC的數(shù)據(jù)和估算液位高度相差較大，判斷可能是液位計(jì)故障，通過故障報(bào)警系統(tǒng)通知操作人員檢查該液位計(jì)。

　　又如各儲(chǔ)罐有上下液位極限保護(hù)，當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)發(fā)出信號(hào)給PLC，這個(gè)信號(hào)是否真實(shí)可靠，在程序設(shè)計(jì)時(shí)我們將這信號(hào)和該罐液位計(jì)信號(hào)對比，如果液位計(jì)讀數(shù)也在極限位置，說明該信號(hào)是真實(shí)的;如果液位計(jì)讀數(shù)不在極限位置，判斷可能是液位極限開關(guān)故障或傳送信號(hào)線路故障，同樣通過報(bào)警系統(tǒng)通知操作人員處理該故障。由于在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用了上述方法，大大提高了輸入信號(hào)的可靠。

　　4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性研究

　　當(dāng)現(xiàn)場的信號(hào)準(zhǔn)確地輸入給PLC后，PLC執(zhí)行程序，將結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對現(xiàn)場裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。怎樣保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)按控制要求工作，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求工作，怎樣發(fā)現(xiàn)故障?我們采取以下措施：當(dāng)負(fù)載由接觸器控制時(shí)，啟動(dòng)或停止這類負(fù)載轉(zhuǎn)為對接觸器線圈控制，啟動(dòng)時(shí)接觸器是否可靠吸合，停止時(shí)接觸器是否可靠釋放，這是我們關(guān)心的。

　　X0為接觸器動(dòng)作條件，Y0為控制線圈輸出，X1為引回到PLC輸入端的接觸器輔助常開觸點(diǎn)，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間大于接觸器動(dòng)作時(shí)間。R0為設(shè)定的故障位，R0為ON表示有故障，做報(bào)警處理;R0為OFF表示無故障。故障具有記憶功能，由故障復(fù)位按鈕清除。

　　當(dāng)開啟或關(guān)閉電動(dòng)閥門時(shí)，根據(jù)閥門開啟、關(guān)閉時(shí)間不同，設(shè)置延時(shí)時(shí)間，經(jīng)過延時(shí)檢測開到位或關(guān)到位信號(hào)，如果這些信號(hào)不能按時(shí)準(zhǔn)確返回給PLC，說明閥可能有故障，做閥故障報(bào)警處理。程序設(shè)計(jì)如圖3b所示。X2為閥門開啟條件，Y1為控制閥動(dòng)作輸出，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間大于閥開啟到位時(shí)間，X3為閥到位返回信號(hào)，R1為閥故障位。

　　結(jié)論

　　我們在勝利油田勝利采油廠勝砣注聚站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了以上方法，經(jīng)過近2年的運(yùn)行證明這些方法的采用對提高系統(tǒng)可靠性運(yùn)行是行之有效的。