随着制造业数字化水平不断提升，PLC 控制系统在生产现场的覆盖率越来越高。但不少企业在扩建、改造或引入新设备时，仍然会遇到控制系统稳定性不够、调试周期拉长等实际问题。本文结合现场经验，总结 PLC 系统可靠性提升的几个关键点，希望对从事自动化和工控的工程技术人员有所参考。

一、PLC 选型：避免“用大炮打蚊子”，也别省得过头

现场常见两个极端：

• 选型过度：明明 20 个点位，却上了中型 PLC，既浪费成本，也提高维护门槛。

• 选型不足：预算压力大，“够用就行”，但后期扩展 5 个点位就得换机型。

合理做法是：

1. 根据 I/O 数量、通信方式、周期要求进行基础选型。

2. 留出 20% 左右扩展余量。

3. 考虑与 MES、SCADA、数采平台的对接需求，提前预留通讯模块。

合理选型不仅省钱，也能为后续扩展减轻风险。

二、程序结构化开发：别把 PLC 当成简单逻辑器件

有些设备虽然规模不大，但程序写得像“拼积木”，缺少结构化思想，后续维护就变得非常痛苦。为了提高可靠性，建议在编程阶段就明确以下原则：

1. 主程序 + 功能块划分清晰
   不同设备、不同动作要模块化，避免所有逻辑混在一起。

2. 关键动作互锁明确
   例如升降、夹紧、运行等安全互锁必须独立处理，减少误动作。

3. 错误码标准化管理
   每一类异常对应清晰的错误号，有助于快速定位问题。

4. 通讯、运动、逻辑分层
   尤其在使用 EtherCAT、Profinet 或高速运动控制时，通信与运动要独立于主逻辑之外。

好的程序结构能直接提升系统可靠性，因为出现问题时工程师有清晰的位置可查，而不是面对“一锅粥”。

三、电气设计：可靠性的真正基础

在现场，大量 PLC 相关故障其实不是程序问题，而是电气设计不合理导致。以下几项尤为关键：

1. 接地必须规范

工控系统接地不良导致的干扰异常非常普遍，包括随机掉站、莫名信号抖动等。企业应做到：

• 控制柜设单独 PE 排

• 弱电与动力分开布线

• 模拟量屏蔽线两端接地或一点接地（按现场要求）

2. 电源分段与冗余

把 PLC、模块、电磁阀、电机驱动器混在同一个电源上，极易造成干扰和重启。合理的方式是：

• PLC + 通信模块使用独立 24V

• 输出执行器单独一路

• 对关键工位增加 电源冗余模块

3. I/O 端子布线清晰

线号不清、端子排列混乱，是现场检修的大敌。规范布线能大幅降低因误操作导致的停工。

四、工业网络：稳定比带宽更重要

智能制造背景下，PLC 不再是“独立设备”，通常会连到各种系统中：HMI、驱动器、机器人、SCADA 等。所以网络稳定性成为关键项。

1. 工业交换机要选对

尽量使用 管理型工业交换机，避免廉价办公级交换机。工业交换机可提供：

• 电源冗余

• 端口隔离

• 环网协议（如 MRP、RSTP）

2. 分层设计网络架构

常见的三层结构：

• 设备层（PLC、驱动器）

• 控制层（上位机、SCADA）

• 信息层（MES、ERP）

分层能减少广播风暴和系统干扰。

3. 协议标准化

Modbus、OPC UA、EtherNet/IP、Profinet 等协议混用时，建议提前规划，避免现场调试时因协议冲突导致返工。

五、远程维护与可观测性：从“被动等故障”转向“提前预防”

随着设备联网率提高，PLC 系统可以通过远程方式进行监控和维护。企业可以通过以下方式提升可观测性：

1. 把关键变量上传到上位机或 SCADA
   包括电机电流、气缸动作时间、通讯延迟等，为预测性维护提供数据基础。

2. 增加内部诊断变量
   PLC 程序内加入运行计时、通信状态监控等，使问题暴露得更早。

3. 远程升级机制
   对于大规模设备，远程升级减少人工到场时间，提高维护效率。

六、项目实施过程中的管理经验

PLC 项目从设计到完工，中间有大量细节决定系统最终稳定性：

• 调试日志要记录清楚：每次修改程序或参数都要记录原因与变化。

• 系统上线前进行 24 小时稳定性测试。

• 对操作员进行至少一次现场培训，避免“误触”造成故障。

• 供应商验收要严格，尤其是 I/O 测试和安全回路测试。

这些步骤看似基础，但越是基础越关键，很多事故都源于被忽略的细节。

七、结语

PLC 控制系统的可靠性不是靠单一技术保证的，而是选型、设计、编程、调试、运维等多环节共同作用的结果。随着智能制造需求不断提升，企业对 PLC 系统的稳定性要求也会越来越高。希望本文的经验总结，能给从事工控、自动化、电气工程的读者带来一些参考价值。