石油大學 王平 劉復玉
[摘 要]
文章對PLC自動控制系統可靠性問題進行了較深入研究，提出了提高系統可靠性運行的方法。實踐證明這些方法的采用對提高系統的可靠性是行之有效的。
[關鍵詞]
可靠性 PLC 自動控制系統 1 引言
可編程控制器由于抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高，在工業控制領域得到越來越廣泛應用。一個典型的PLC控制系統如圖1 所示。
 工業年月機作為中央控制單元，配有組態軟件，選用大屏幕實時監視界面，實現各控制點的動態顯示、數據修改、故障診斷、自動報警，還可顯示查詢歷史事件記錄，系統各主要部件累計運行時間，各裝置工藝流程圖，各裝置結構圖等。中央控制單元和下位機PLC之間采用串行通訊方式進行數據交換，通常距離在1000m以內選用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進行控制，PLC之間數據交換是利用內部鏈接寄存器，實現數據交換和共享。由于PLC對現場進實時監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。 2 控制系統可靠性降低的主要原因
雖然工業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的開關量信號出現錯誤，模擬量信號出現較大偏差，PLC輸出口控制的執行機構沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯，造成無法挽回的經濟損失。
影響現場輸入給PLC信號出錯的主要原因有：? 造成傳輸信號線短路或斷路（由于機械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害），當傳輸信號線出故障時，現場信號無法傳送給PLC，造成控制出錯；? 機械觸點抖動，現場觸點雖然只閉合一次，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；? 現場變送器，機械開關自身出故障，如觸點接觸不良，變送器反映現場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會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：? 控制負載的接觸不能可靠動作，雖然PLC發出了動作指令，但執行機構并沒按要求動作；? 控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機并沒按要求工作；? 各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關的沒能關到位，由于執行機構沒能按PLC的控制要求動作，使系統無法正常工作，降低了系統可靠性。要提高整個控制系統的可靠性，必須提高輸入信號的可靠性和執行機構動作的準確性，否則PLC應能及時發現問題，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。 3 設計完善的故障報警系統
在自動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，當設備正常運行時對應指示燈亮，當該設備運行有故障時指示燈以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，專門設置了故障復位/燈測試按鈕，系統運行任何時間持續按該按鈕3s，所有指示燈應全部點亮，如果這時有指示等不亮說明該指示燈已壞，應立即更換，改按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態顯示設備工作狀態。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，有文字顯示故障類型，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，信號箱將用聲、光報警方式提示工作人員，及時處理故障。在處理故障時，又將故障進行分類，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系統停止運行時間，提高系統可靠性運行水平。 4 輸入信號可靠性研究
要提高現場輸入給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關，防止各種原因引起傳送信號線短路、斷路或接觸不良。其次在程序設計時增加數字濾波程序，增加輸入信號的可信性。數字信號濾波可采用圖2a 程序設計方法，
在現場輸入觸點后加一定時器，定時時間根據觸點抖動情況和系統要的響應速度確定，一般在幾十ms，這樣可保證觸點確實穩定閉合后，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現場信號的可靠性還可利用控制系統自身特點，利用信號之間關系來判斷信號的可信程度。如進行液位控制，由于儲罐的尺寸是已知的，進液或出液的閥門開度和壓力是已知的，在一定時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，當開關動作時發出信號給PLC，這個信號是否真實可靠，在程序設計時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，說明該信號是真實的；如果液位計讀數不在極限位置，判斷可能是液位極限開關故障或傳送信號線路故障，同樣通過報警系統通知操作人員處理該故障。由于在程序設計時采用了上述方法，大大提高了輸入信號的可靠。 5 執行機構可靠性研究
當現場的信號準確地輸入給PLC后，PLC執行程序，將結果通過執行機構對現場裝置進行調節、控制。怎樣保證執行機構按控制要求工作，當執行機構沒有按要求工作，怎樣發現故障？我們采取以下措施：當負載由接觸器控制時，啟動或停止這類負載轉為對接觸器線圈控制，啟動時接觸器是否可靠吸合，停止時接觸器是否可靠釋放，這是我們關心的。我們設計了如圖3a 所示程序來判斷接觸器是否可靠動作。
 X0為接觸器動作條件，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，定時器定時時間大于接觸器動作時間。R0為設定的故障位，R0為ON表示有故障，做報警處理；R0為OFF表示無故障。故障具有記憶功能，由故障復位按鈕清除。
當開啟或關閉電動閥門時，根據閥門開啟、關閉時間不同，設置延時時間，經過延時檢測開到位或關到位信號，如果這些信號不能按時準確返回給PLC，說明閥可能有故障，做閥故障報警處理。程序設計如圖3b 所示。X2為閥門開啟條件，Y1為控制閥動作輸出，定時器定時時間大于閥開啟到位時間，X3為閥到位返回信號，R1為閥故障位。 6 結論
我們在勝利油田勝利采油廠勝砣注聚站自動控制系統設計中采用了以上方法，經過近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。
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