[摘 要]文章对PLC自动控制系统可靠性问题进行了较深入研究,提出了提高系统可靠性运行的方法。实践证明这些方法的采用对提高系统的可靠性是行之有效的。
[关键词]可靠性 PLC 自动控制系统
1 引言
可编程控制器由于抗干扰能力强,可靠性高,编程简单,性能价格比高,在工业控制领域得到越来越广泛应用。工业控制机作为中央控制单元,配有组态软件,选用大屏幕实时监视界面,实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警,还可显示查询历史事件记录,系统各主要部件累计运行时间,各装置工艺流程图,各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换,通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式,较常距离可选用光纤通讯,更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制,根据控制对象的多少,控制对象的范围,可选用一台或多台PLC进行控制,PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器,实现数据交换和共享。
2 控制系统可靠性降低的主要原因
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性,但如果输入给PLC的开关量信号出现错误,模拟量信号出现较大偏差,PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作,这些都可能使控制过程出错,造成无法挽回的经济损失。
2.1 影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有:
2.1.1 造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯,线路自身老化,特别是鼠害),当传输信号线出故障时,现场信号无法传送给PLC,造成控制出错。
2.1.2 机械触点 抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,虽然硬件加了滤波电路,软件增加微分指令,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果。
2.1.3 现场变送器,机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等,这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
2.2 影响执行机构出错的主要原因有:
2.2.1 控制负载的接触不能可靠动作,虽然PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作。
2.2.2控制变频器起动,由于变频器自身故障,变频器所带电机并没按要求工作。
2.2.3各种电动阀、电磁阀该开的没能打开,该关的没能关到位,由于执行机构没能按PLC的控制要求动作,使系统无法正常工作,降低了系统可靠性。
3.解决方案的实施:要提高整个控制系统的可靠性,必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性,PLC才能及时发现问题,用声光等报警办法提示给操作人员,尽快排除故障,让系统安全、可靠、正确地工作。
3.1 设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统,第1级设置在控制现场各控制柜面板,用指示灯指示设备正常运行和故障情况,当设备正常运行时对应指示灯亮,当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。专门设置故障复位灯按钮,显示设备工作状态。第2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上,当设备出现故障时,有文字显示故障类型,工艺流程图上对应的设备闪烁,历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内,当设备出现故障时,信号箱将用声、光报警方式提示工作人员,及时处理故障。在处理故障时,又将故障进行分类,有些故障是要求系统停止运行的,但有些故障对系统工作影响不大,系统可带故障运行,故障可在运行中排除,这样就大大减少整个系统停止运行时间,提高系统可靠性运行水平。
3.2 输入信号可靠性研究
图1
要提高现场输入给PLC信号的可靠性,首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关,防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序,增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用图1程序设计方法,在现场输入触点后加一定时器,定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定,一般在几十ms,这样可保证触点确实稳定闭合后,才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2程序设计方法,对现场
图2
模拟信号连续采样2次,采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。2次采样数据分别存放在数据寄存器DT0、DT1中,当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令保留值作为本次采样结果控制R100的通断。
图3
高值监视模块的使用(原理如图3所示)
模块的运算式为当DT1>=DT2时R100=ON 当 DT1<(DT2-WR10)时 R100=OFF
低值监视模块的使用(与图3相反)
模块的运算式为当DT1< DT2时R100=ON 当DT1 >= (DT2+WR10)时 R100=OFF
说明DT1为触点输入数,DT2 为经验值WR10为滞后宽度.
提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点,利用信号之间关系来判断信号的可信程度。在一定时间里输入变化范围,但输出在允许值内变化自动延长通断时间,消除了小信号影响、极限开关故障或传送信号线路故障,同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法,大大提高了输入信号的可靠。
3.3 执行机构可靠性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后,PLC执行程序,将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作,当执行机构没有按要求工作,怎样发现故障?
我们采取以下措施:当负载由接触器控制时,启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制,启动时接触器是否可靠吸合,停止时接触器是否可靠释放,这是我们关心的。我们设计了如图4所示程序来判断接触器是否可靠动作。X0为接触器动作条件,Y0为控制线圈输出,
图4
X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点,定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位,R0为ON表示有故障,做报警处理;R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能,由故障复位按钮清除。
图5
当开启或关闭电动阀门时,根据阀门开启、关闭时间不同,设置延时时间,经过延时检测开到位或关到位信号,如果这些信号不能按时准确返回给PLC,说明阀可能有故障,做阀故障报警处理。程序设计如图5所示。X2为阀门开启条件,Y1为控制阀动作输出,定时器定时时间大于阀开启到位时间,X3为阀到位返回信号,R1为阀故障位。
六、结论
自动控制系统设计中采用了以上方法,经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。
参考文献:《可编程序控制器原理应用实验》 常斗南
《过程控制仪表》刘巨良
《提高PLC自动控制系统可靠性的方法》王平
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[关键词]可靠性 PLC 自动控制系统
1 引言
可编程控制器由于抗干扰能力强,可靠性高,编程简单,性能价格比高,在工业控制领域得到越来越广泛应用。工业控制机作为中央控制单元,配有组态软件,选用大屏幕实时监视界面,实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警,还可显示查询历史事件记录,系统各主要部件累计运行时间,各装置工艺流程图,各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换,通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式,较常距离可选用光纤通讯,更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制,根据控制对象的多少,控制对象的范围,可选用一台或多台PLC进行控制,PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器,实现数据交换和共享。
2 控制系统可靠性降低的主要原因
虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性,但如果输入给PLC的开关量信号出现错误,模拟量信号出现较大偏差,PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作,这些都可能使控制过程出错,造成无法挽回的经济损失。
2.1 影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有:
2.1.1 造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯,线路自身老化,特别是鼠害),当传输信号线出故障时,现场信号无法传送给PLC,造成控制出错。
2.1.2 机械触点 抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,虽然硬件加了滤波电路,软件增加微分指令,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果。
2.1.3 现场变送器,机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等,这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
2.2 影响执行机构出错的主要原因有:
2.2.1 控制负载的接触不能可靠动作,虽然PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作。
2.2.2控制变频器起动,由于变频器自身故障,变频器所带电机并没按要求工作。
2.2.3各种电动阀、电磁阀该开的没能打开,该关的没能关到位,由于执行机构没能按PLC的控制要求动作,使系统无法正常工作,降低了系统可靠性。
3.解决方案的实施:要提高整个控制系统的可靠性,必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性,PLC才能及时发现问题,用声光等报警办法提示给操作人员,尽快排除故障,让系统安全、可靠、正确地工作。
3.1 设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统,第1级设置在控制现场各控制柜面板,用指示灯指示设备正常运行和故障情况,当设备正常运行时对应指示灯亮,当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。专门设置故障复位灯按钮,显示设备工作状态。第2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上,当设备出现故障时,有文字显示故障类型,工艺流程图上对应的设备闪烁,历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内,当设备出现故障时,信号箱将用声、光报警方式提示工作人员,及时处理故障。在处理故障时,又将故障进行分类,有些故障是要求系统停止运行的,但有些故障对系统工作影响不大,系统可带故障运行,故障可在运行中排除,这样就大大减少整个系统停止运行时间,提高系统可靠性运行水平。
3.2 输入信号可靠性研究
图1
要提高现场输入给PLC信号的可靠性,首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关,防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序,增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用图1程序设计方法,在现场输入触点后加一定时器,定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定,一般在几十ms,这样可保证触点确实稳定闭合后,才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2程序设计方法,对现场
图2
模拟信号连续采样2次,采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。2次采样数据分别存放在数据寄存器DT0、DT1中,当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令保留值作为本次采样结果控制R100的通断。
图3
高值监视模块的使用(原理如图3所示)
模块的运算式为当DT1>=DT2时R100=ON 当 DT1<(DT2-WR10)时 R100=OFF
低值监视模块的使用(与图3相反)
模块的运算式为当DT1< DT2时R100=ON 当DT1 >= (DT2+WR10)时 R100=OFF
说明DT1为触点输入数,DT2 为经验值WR10为滞后宽度.
提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点,利用信号之间关系来判断信号的可信程度。在一定时间里输入变化范围,但输出在允许值内变化自动延长通断时间,消除了小信号影响、极限开关故障或传送信号线路故障,同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法,大大提高了输入信号的可靠。
3.3 执行机构可靠性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后,PLC执行程序,将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作,当执行机构没有按要求工作,怎样发现故障?
我们采取以下措施:当负载由接触器控制时,启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制,启动时接触器是否可靠吸合,停止时接触器是否可靠释放,这是我们关心的。我们设计了如图4所示程序来判断接触器是否可靠动作。X0为接触器动作条件,Y0为控制线圈输出,
图4
X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点,定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位,R0为ON表示有故障,做报警处理;R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能,由故障复位按钮清除。
图5
当开启或关闭电动阀门时,根据阀门开启、关闭时间不同,设置延时时间,经过延时检测开到位或关到位信号,如果这些信号不能按时准确返回给PLC,说明阀可能有故障,做阀故障报警处理。程序设计如图5所示。X2为阀门开启条件,Y1为控制阀动作输出,定时器定时时间大于阀开启到位时间,X3为阀到位返回信号,R1为阀故障位。
六、结论
自动控制系统设计中采用了以上方法,经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。
参考文献:《可编程序控制器原理应用实验》 常斗南
《过程控制仪表》刘巨良
《提高PLC自动控制系统可靠性的方法》王平