（已结束）2010-11-28-工控擂台-如何通过合理的设计提高PLC控制系统的稳定性？ 点击：462 | 回复：13
在实际工程项目组柜设计中，你是如何通过合理的设计提高PLC控制系统的稳定性的？
本周末结贴，9个最优回帖分别获得20MP、10MP、10MP、10MP、20积分、20积分、20积分、20积分、20积分！
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
MP有什么用？兑换服务：以1个MP=1元来置换中国工控网的相关服务。 兑换现金：非积分获得的MP可兑换等值现金（满100MP后、用户可通过用户管理后台申请兑换）。
合理设计PLC控制系统的稳定性：
1 PLC多数是在复杂恶劣环境 (如高温、潮湿、多尘、强腐蚀、强电磁、高频干扰等) 中工作, 这不仅对PLC本身, 而且对现场检测机构、供电设备等外围设备的可靠性也提出严格的要求。在选择控制设备时要注意以下几点: (1) 要选择技术指标先进、质量优、环境适应性强和抗干扰能力强、可靠性好的机型, 以保证PLC能在强干扰恶劣环境中长期可靠地运行。(2) 根据实际要求选择具有完善的输入、输出功能的模块, 以使系统能灵活处理模拟量、数字量和开关量。(3) 具有完善的软件系统, 以实现过程检测、执行、控制、报警以及图形画面显示打印等功能。
2 输入和输出端的可靠性设计措施 PLC内部用光电耦合器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离, PLC的模拟量 I∏O 模块一般也采取了光电耦合的隔离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外, 还可以保护 CPU 模块, 使之免受从外部窜入 PLC 的高电压的危害, 因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。如果PLC输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰, 可以用小型继电器来隔离易受干扰的用长线引入PLC输入端的开关量信号。
3 电源的可靠性设计措施电源是干扰进入 PLC 的主要途径之一, 电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的, 各种大功率用电设备是主要的干扰源。如果PLC 使用交流电源, 在干扰较强或对可靠性要求很高的场合, 可以在 PLC 的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器, 隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰, 提高高频共模干扰能力, 屏蔽层应可靠地接地。
4 建立系统控制算法、控制模型是至关重要的。它的好坏, 不仅直接关系到控制系统的控制精度, 也关系到整个系统工作的稳定性。
普通型PLC的工作环境都比较狭窄，通常都是在0~50度之间，相对湿度<95%,且无凝露的情况下。
但我们现在的项目经常用于上面的限制之外。对此，当然也可选择宽温型的产品来使用，但宽温型的不仅相对昂贵，而且货期都比较长，同时在柜子内PLC并不属于木桶上最短的那块板子。所以改善柜内的小环境就属于提高PLC的稳定性的方法之一。
改善小环境是这样做的：
1、提高柜体的密封；
2、增加加热装置；
3、增加散热装置；
4、增加对流风扇
PLC除了环境之外，同时还增加了UPS电源，电源的可靠性同样能保证PLC可靠性。为了便于UPS的接线与控制，选择的PLC都是DC24V作为工作电源。所有柜外输入都增加浪涌保护才进入PLC输入模块；同样所有输出都是经过中间继电器驱动相应的强电回路。
接地方面，PLC模块可靠接地，模拟量输入使用双绞屏蔽线，其屏蔽同样可靠接地，避免外围干扰PLC的正常运行。
1、选型：
根据现场的干扰情况，如共模干扰、工作场所的磁场强度、电场强度和频率、环境温度、湿度等情况，合理选型，选择具有一定抗干扰能力和环境适应能力的PLC，确保系统的稳定性。在可靠性要求极高的情况下，要考虑使用冗余。
2、电源配置
电源是干扰进入PLC系统的主要途径之一，合理配置电源，是抑制干扰进入PLC系统，提高系统稳定性的有效措施之一。
直流电源：
除选用优质稳压电源外，在稳压电源交流输入端增加噪声滤波器。
交流电源：
如果使用PLC系统的交流供电电源，可以根据现场干扰的情况，考虑在交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，屏蔽层应可靠接地，并将它们和铁芯一起接地! 以提高高频共模干扰能力。对于系统中较多使用变送器等模拟量采集装置的系统的供电电源可以考虑采用UPS电源供电。
3、合理接地：
正确选择接地点，接地的目的主要是为了系统的安全和抑制电磁干扰。对于PLC控制系统一般采用一点接地和串联一点接地方式，集中布置的PLC系统适用于并联一点接地方式；各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向地极。如果装置间距大，则采用串联一点接地方式，用一根大截面铜母线连接各装置的柜体中心接地点然后将接地母线的直接连接接地极做成等电位连接。严禁多点接地或不接地。
4、输入信号处理：
对于开关量输入信号，近距离和低压供电的传感器，直接接入输入端，对于远距离来的开关量做隔离处理后接入端子，隔离的方式可以考虑使用中间继电器的方式实现，要求高时可以考虑隔离端子。对于模拟信号，尽量采用0-10mA或4-20mA电流信号引入，并注意PLC对电缆长度的限制；注意与传感器元件的连接保护，若传感器为四线制（220V交流供电或24V直流）供电且不带隔离功能，引入PLC前加隔离端子或用中间继电器隔离。两线制接近开关或光电开关之类的传感器接入PLC时，并联旁路电阻，防止漏电流造成的误动作。注意合理使用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层单端接地。
5、负载保护：
在感性负载情况下，采取过压保护措施，方法是在直流线圈的两端并联续流二极管或齐纳二极管；在交流线圈的两端接入RC吸收网络；对于小功率电磁阀或接触器直接驱动时，接入压敏电阻进行过压保护，对于较大功率的电磁阀或接触器经过中间继电器驱动。
6、控制柜：
根据现场环境，合理选择控制柜的防护等级，并根据环境温度和湿度等参数，适当选择配置通风或制冷，加热、除湿等环境控制装置，确保PLC的工作环境符合要求。
总结几点，仅供参考：
一、硬件方面
1、电源要可靠，符合PLC电源要求，包括CPU，输入、输出模快及负载电源。一定要稳定，电压波动符合相关要求；
2、接线要求，输入、输出接线最好使用屏蔽线，而且屏蔽层可靠接地。系统的总布线，控制系统最好也采用屏蔽线，在布线时不要平行布线，要垂直布。而且要求动力线和控制线分开走线；
3、负载设计一定要满足要求，不要超负载运行。输入、输出点数最好能预留20%左右为佳；
4、电气柜工艺要满足要求。注意散热和通风及防尘要求，不要让PLC工作在高温、腐蚀环境中，为防止周围设备信号电磁干扰，电气柜最好具有屏蔽措施；
5、接线工艺要满足要求，PLC的输入、输出接线一定要拧紧，不要有松动现象。以防止接电老化干扰产生；
二、软件方面
外围处理好以后，想让PLC可靠，软件设计必须符合要求。
1、在满足机械、电气工艺要求下，程序越简单约好，动作响应时间就减少。
2、程序最好加密，防止程序被篡改。影响可靠性。
3、程序设计要求参考程序设计方面书籍，这儿不再详细叙述。
一、影响PLC控制系统的稳定性的主要因素
plc不稳定的主要表现为内部信息被破坏, 导致控制系统混乱, 执行机构误动作和网络出错,影响设备的正常运行的运行其主要原因为：
（一）设备选型不合理，恶劣环境条件（如强磁场、超高温、潮湿、 强腐蚀， 超低压等） 而引起的干扰能力不强
（二） 没有严格按照安装规程进行安装，如电源处理不当、接地系统不好、布线时未考虑强磁场干扰、网络设计不合理等
（三）软件设计不合理
二、提高plc控制系统的稳定性的主要措施
（一）在设备选型中应采取的措施
要提高整个控制系统的可靠性,必须先从设备选型设计入手,可归纳以下几个方面：
1、系统设计前的可靠性论证
系统设计前,必须对设计的PLC控制系统进行严格的可行性论证,以避免因对系统可行性、先进性和经济性缺乏科学的考察分析，而给系统设计带来隐患,最终导致系统工作的不可靠。对PLC控制系统的考察应侧重了解设备本身的功能、性能指标和它在应用时有无成熟的技术经验可供借鉴;对系统的技术难度及其投资、先进水平进行预估,以判断整个系统的可行性和价值。系统总设计水平的高低不仅直接关系到系统的成败,也关系到系统的可靠性。
2、系统设备选型设计
PLC多数是在复杂恶劣环境，如高温、潮湿、多尘、强腐蚀、强电磁、高频干扰等中工作,这不仅对PLC本身,而且对现场检测机构、供电设备等外围设备的可靠性，也提出严格的要求。在选择控制系统设备时要注意以下几点:
(1)要选择技术指标先进、质量优、环境适应性强和抗干扰能力强、可靠性好的机型,以保证PLC能在强干扰恶劣环境中长期可靠地运行。
(2)根据实际要求选择具有完善的输入、输出功能的模块,以使系统能灵活处理模拟量、数字量和开关量。
(3)具有完善的软件系统,以实现过程检测、执行、控制、报警以及图形画面显示打印等功能。
总之,除PLC应选用指标先进、软硬件系统性能完善、在国内有发展的机型外,为使整个系统可靠性得到提高,还应在总体设计上考虑外围设备。
（二）输入和输出端的可靠性设计措施
PLC内部用光电耦合器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离,PLC的模拟量I O模块一般也采取了光电耦合的隔离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外，还可以保护CPU模块，使之免受从外部窜入PLC的高电压的危害，因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。
如果PLC输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰,可以用小型继电器来隔离易受的干扰,用长线引入PLC输入端的开关量信号。PLC 输出模块内的小型继电器的触点很小,断弧能力很差。断开直流电路要求较大的继电器触点,接通同一直流电路可用较小的触点。选择外接的继电器时, 应仔细分析是用PLC来控制接通还是断开外部回路。
（三）电源的可靠性设计措施
电源是干扰进入PLC的主要途径之一,电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电设备是主要的干扰源。
如果PLC使用交流电源,在干扰较强或对可靠性要求很高的场合,可以在PLC 的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器,隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰,提高高频共模干扰能力,屏蔽层应可靠地接地。
高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合,而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层,并将它和铁芯一起接地,可以减少绕组间的分布电容,提高抗高频干扰的能力。
（四）安装与布线的可靠性设计措施
开关量信号（如按钮、限位开关、接近开关等提供的信号）一般对信号电缆无严格的要求，可选用一般的电缆,信号传输距离较远时,可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。通信电缆要求可靠性高,有的通信电缆的信号频率很高(如上兆赫),一般应选用PLC生产厂家提供的专用电缆,在要求不高或信号频率较低时,也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。
PLC应远离强干扰源,如大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内, 在柜内PLC 应远离动力线, 二者之间的距离应大于200mm)。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件,如继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线。如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。
（五）在软件设计中应采取的措施
PLC控制系统的可靠性除与硬件有关外,还与软件有关。在系统设计时,建立系统控制算法、控制模型是至关重要的。它的好坏,不仅直接关系到控制系统的控制精度,也关系到整个系统工作的稳定性,甚至成败。因此,采用较好的控制模型、算法,可使控制系统稳定性大大提高。我们采用了采样值数字滤波,用于滤除虚假干扰信号;采用不完全微分,防止控制过程产生震荡;采用选择性控制调解模式,驱使接近危险区域的被控量脱离危险界限,排除故障先兆,避免事故发生;采用Smith预估控制,对大滞后系统进行Smith补偿,克服常规PID调节难以适应的超调现象,均收到良好效果。因此,针对不同的控制对象,采用不同的或综合多种控制算法模式,是提高PLC控制系统精度和稳定性的一种有效手段。另外,还可通过设计较强的图形画面显示功能、事故出错诊断、报警功能等软件来提高控制系统的可靠性。
三、采用冗余技术来保证系统的可靠性
对于那些安全和产量的原因要求控制系统具有极高的可靠性和安全性的场合，如核电站、发电厂、化工生产、机械控制等，仅通过提高控制系统的硬件可靠性来达到设计要求是不可能的。因为PLC本身可靠性的提高具有一定限度，并且硬件可靠性的提高会使控制系统成本急剧增高，而使用冗技术却能有效地解决上述问题。目前PLC的冗余系统有两种形式，一是双机热备系统，二是表决式系统。
双机热备系统是2个完全相同的CPU 同时参与运算的模式。一个CPU进行控制, 而另一个CPU虽然参与运算但处于后备状态。如果执行控制功能的CPU检测到故障并停止工作,则处于热备状态的CPU立即自动接管,并承担起对整个系统的控制功能。出现故障的CPU模块则可以卸下进行修理或更换,而不影响系统的运行。
- （已结帖）2011-04-3-工控擂台...
[2297] - （已结束）2011-01-30-工控擂台...[5101]
- （已结束）2010-10-30-工控擂台...[473]
- （已结束）2010-12-29-工控擂台...[408]
- 2011-12-18-工控每日擂台-为...[4081]
- 乘风破浪！工控速派城市合伙人...[1052]
- （已结束）2010-8-30-工控擂台...[617]
- （已结帖）2011-03-6-工控擂台...[1666]
- 为何发不了贴，都被通知在审核...[368]
- （已结帖）2011-03-20-工控擂台...[4844]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
