PLC自動(dòng)控制系統可靠性研究

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

　　中央控制單元和下位機PLC之間采用串行通訊方式進(jìn)行數據交換，通常距離在1000m以?xún)冗x用485雙絞線(xiàn)通訊方式，較常距離可選用光纖通訊，更長(cháng)距離也可選用無(wú)線(xiàn)通訊方式。下位機選用PLC控制，根據控制對象的多少，控制對象的范圍，可選用一臺或多臺PLC進(jìn)行控制，PLC之間數據交換是利用內部鏈接寄存器，實(shí)現數據交換和共享。由于PLC對現場(chǎng)進(jìn)實(shí)時(shí)監控具有很高的可靠性，且編程簡(jiǎn)單、靈活，因此越來(lái)越受到人們重視。

　　1、控制系統可靠性降低的主要原因

　　雖然工業(yè)控制機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(kāi)關(guān)量信號出現錯誤，模擬量信號出現較大偏差，PLC輸出口控制的執行機構沒(méi)有按要求動(dòng)作，這些都可能使控制過(guò)程出錯，造成無(wú)法挽回的經(jīng)濟損失。

　　影響現場(chǎng)輸入給PLC信號出錯的主要原因有：

　　1)造成傳輸信號線(xiàn)短路或斷路(由于機械拉扯，線(xiàn)路自身老化，特別是鼠害)，當傳輸信號線(xiàn)出故障時(shí)，現場(chǎng)信號無(wú)法傳送給PLC，造成控制出錯;

　　2)機械觸點(diǎn)抖動(dòng)，現場(chǎng)觸點(diǎn)雖然只閉合一次，PLC卻認為閉合了多次，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，仍可能在計數、累加、移位等指令中出錯，出現錯誤控制結果;

　　3)現場(chǎng)變送器，機械開(kāi)關(guān)自身出故障，如觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現場(chǎng)非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會(huì )使控制系統不能正常工作。

　　影響執行機構出錯的主要原因有：

　　1)控制負載的接觸不能可靠動(dòng)作，雖然PLC發(fā)出了動(dòng)作指令，但執行機構并沒(méi)按要求動(dòng)作;

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

　　3)各種電動(dòng)閥、電磁閥該開(kāi)的沒(méi)能打開(kāi)，該關(guān)的沒(méi)能關(guān)到位，由于執行機構沒(méi)能按PLC的控制要求動(dòng)作，使系統無(wú)法正常工作，降低了系統可靠性。要提高整個(gè)控制系統的可靠性，必須提高輸入信號的可靠性和執行機構動(dòng)作的準確性，否則PLC應能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，用聲光等報警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統安全、可靠、正確地工作。

　　2、設計完善的故障報警系統

　　在自動(dòng)控制系統的設計中我們設計了3級故障顯示報警系統，1級設置在控制現場(chǎng)各控制柜面板，用指示燈指示設備正常運行和故障情況，當設備正常運行時(shí)對應指示燈亮，當該設備運行有故障時(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備工作情況，專(zhuān)門(mén)設置了故障復位/燈測試按鈕，系統運行任何時(shí)間持續按該按鈕3s，所有指示燈應全部點(diǎn)亮，如果這時(shí)有指示等不亮說(shuō)明該指示燈已壞，應立即更換，改按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態(tài)顯示設備工作狀態(tài)。2級故障顯示設置在中心控制室大屏幕監視器上，當設備出現故障時(shí)，有文字顯示故障類(lèi)型，工藝流程圖上對應的設備閃爍，歷史事件表中將記錄該故障。3級故障顯示設置在中心控制室信號箱內，當設備出現故障時(shí)，信號箱將用聲、光報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(lèi)，有些故障是要求系統停止運行的，但有些故障對系統工作影響不大，系統可帶故障運行，故障可在運行中排除，這樣就大大減少整個(gè)系統停止運行時(shí)間，提高系統可靠性運行水平。

　　3、輸入信號可靠性研究

　　要提高現場(chǎng)輸入給PLC信號的可靠性，首先要選擇可靠性較高的變送器和各種開(kāi)關(guān)，防止各種原因引起傳送信號線(xiàn)短路、斷路或接觸不良。其次在程序設計時(shí)增加數字濾波程序，增加輸入信號的可信性。

　　在現場(chǎng)輸入觸點(diǎn)后加一定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間根據觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統要的響應速度確定，一般在幾十ms，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩定閉合后，才有其它響應。模擬信號濾波可采用圖2b程序設計方法，對現場(chǎng)模擬信號連續采樣3次，采樣間隔由A/D轉換速度和該模擬信號變化速率決定。3次采樣數據分別存放在數據寄存器DT10、DT11、DT12中，當最后1次采樣結束后利用數據比較、數據交換指令、數據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果存放在數據寄存器DT0中。

　　提高讀入PLC現場(chǎng)信號的可靠性還可利用控制系統自身特點(diǎn)，利用信號之間關(guān)系來(lái)判斷信號的可信程度。如進(jìn)行液位控制，由于儲罐的尺寸是已知的，進(jìn)液或出液的閥門(mén)開(kāi)度和壓力是已知的，在一定時(shí)間里罐內液體變化高度大約在什么范圍是知道的，如果這時(shí)液位計送給PLC的數據和估算液位高度相差較大，判斷可能是液位計故障，通過(guò)故障報警系統通知操作人員檢查該液位計。

　　又如各儲罐有上下液位極限保護，當開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)發(fā)出信號給PLC，這個(gè)信號是否真實(shí)可靠，在程序設計時(shí)我們將這信號和該罐液位計信號對比，如果液位計讀數也在極限位置，說(shuō)明該信號是真實(shí)的;如果液位計讀數不在極限位置，判斷可能是液位極限開(kāi)關(guān)故障或傳送信號線(xiàn)路故障，同樣通過(guò)報警系統通知操作人員處理該故障。由于在程序設計時(shí)采用了上述方法，大大提高了輸入信號的可靠。

　　4、執行機構可靠性研究

　　當現場(chǎng)的信號準確地輸入給PLC后，PLC執行程序，將結果通過(guò)執行機構對現場(chǎng)裝置進(jìn)行調節、控制。怎樣保證執行機構按控制要求工作，當執行機構沒(méi)有按要求工作，怎樣發(fā)現故障?我們采取以下措施：當負載由接觸器控制時(shí)，啟動(dòng)或停止這類(lèi)負載轉為對接觸器線(xiàn)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(xiàn)圈輸出，X1為引回到PLC輸入端的接觸器輔助常開(kāi)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為設定的故障位，R0為ON表示有故障，做報警處理;R0為OFF表示無(wú)故障。故障具有記憶功能，由故障復位按鈕清除。

　　當開(kāi)啟或關(guān)閉電動(dòng)閥門(mén)時(shí)，根據閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間不同，設置延時(shí)時(shí)間，經(jīng)過(guò)延時(shí)檢測開(kāi)到位或關(guān)到位信號，如果這些信號不能按時(shí)準確返回給PLC，說(shuō)明閥可能有故障，做閥故障報警處理。程序設計如圖3b所示。X2為閥門(mén)開(kāi)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(kāi)啟到位時(shí)間，X3為閥到位返回信號，R1為閥故障位。

　　結論

　　我們在勝利油田勝利采油廠(chǎng)勝砣注聚站自動(dòng)控制系統設計中采用了以上方法，經(jīng)過(guò)近2年的運行證明這些方法的采用對提高系統可靠性運行是行之有效的。