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关于PLC自动控制系统可靠性问题分析

导读: 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。

      一、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。

      影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有:

      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,连接处松脱等),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、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。

      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。

      影响执行机构出错的主要原因有:

      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、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。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。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,否则PLC应能及时发现问题,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。

      二、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,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。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况,专门设置了故障复位/灯测试按钮,系统运行任何时间持续按该按钮3s,所有指示灯应全部点亮,如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏,应立即更换,改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。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。

      三、输入信号可靠性研究

      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如下程序设计方法,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如下程序设计方法,对现场模拟信号连续采样3次,采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中,当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值,保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。在实际应用之中,工具情况还以延长采样的次数,以达到较好的效果。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。如进行液位控制,由于储罐的尺寸是已知的,进液或出液的阀门开度和压力是已知的,在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的,如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大,判断可能是液位计故障,通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护,当开关动作时发出信号给PLC,这个信号是否真实可靠,在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比,如果液位计读数也在极限位置,说明该信号是真实的;如果液位计读数不在极限位置,判断可能是液位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。

      四、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。我们设计了如下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,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。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。程序设计如下所述。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。另外,一般的开关输出都有中间继电器,多于比较重要的控制可以使用中间继电器的其他辅助触点向PLC反馈动作信息。

 

责任编辑:lime
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