控制系统可靠性

控制系统可靠性（精选11篇）

控制系统可靠性 第1篇

1 DCS可靠性的影响因素

1.1 DCS软件因素对可靠性的影响

软件的可靠性最初仅仅被认为是软件的准确性。如果软件能够准确无误地完成所要求的功能, 人们就认为软件是可靠的。但是在设备的日常工作中这个条件一般是很难能够得到满足的, 通过相关的统计发现在首次编写一款软件时, 平均每2000条指令就会出现一个错误, 对于DCS软件而言同样存在着相关的问题。系统的编写和工作过程中不可避免的会出现一些错误。另外, DCS相关的软件在实际的运行中存在一些隐患, 主要有:第一, 控制模块输出功能出现故障;第二, 控制器程序在线安装功能不健全;第三, 不能很好地保存历史数据;第四, 功能模块功能异常等。这些隐患均可对DCS系统的可靠性造成不同程度的影响。

我国对DCS系统的研制周期比较长并且相关升级的周期较长, 同时能够适应不同环境下的新技术研究能力相对较弱。以上几个缺点导致我国的DCS控制体统的软件研制能力普遍较弱, 与欧美等国的系统相比存在着一定的弱势。

另外, DCS系统主要采用的是串联方式, 导致相关数据的传输方面极度不协调, 对工程的设计以及相关软件控制系统的研发造成了很大的影响。

1.2 DCS硬件对可靠性的影响

如果DCS系统的硬件存在着很大的问题, 将直接导致整个执行操纵机构无法按安全运行, 造成机组的停运或者是跳闸等故障。相关的研究表明温度、湿度和电磁干扰是影响硬件安全运行的主要问题。温度对集成电路和电子元件具有较为明显的影响, 每当室内温度升高, 其可靠性就会变差。处于低湿环境下, 计算机容易产生静电, 如果静电在2k V以上时, 则不利于计算机的正常工作。为了减少电磁干扰的影响, 在安装电缆时, 需要将强、弱电缆分层排放。

2 提高DCS控制系统可靠性的措施

在DCS控制系统中, 采用了许多提高可靠性的技术措施。这些技术措施是建立在以下四种基本思想上的:一是要使系统本身不易发生故障, 即所谓的故障预防;二是在系统发生故障时尽可能减少故障所造成的影响, 即所谓的故障保安和故障弱化;三是当系统发生故障时, 能够让系统继续运行, 即所谓的故障容许;四是当系统发生故障时, 可以在不停止系统运行的情况下进行维修, 即所谓的在线维修。基于这四种基本思想, 分散控制系统中采用了各种各样的可靠性措施。因此, 提高DCS系统的可靠性是极为必要的, 具体措施有以下几条:

2.1 严格进行质量管理和提高系统硬件水平

硬件是系统正常工作的物质基础, 也是影响系统可靠性的关键所在。因此, 提高硬件的平均故障间隔时间MTBF是提高系统可靠性的重要措施。为了实现这一点, 分散控制系统的制造厂家采取了许多措施。例如对元器件的降额使用、对元器件进行严格的筛选和老化、充分考虑到参数变化的影响等等。

2.2 确保系统故障时处于安全状态

DCS控制系统在运行过程中会出现一些故障, 但是DCS系统在工作时会不断的对相关的故障进行实时的检测。如果在线检测系统发现相关的故障, 应当及时将相关的故障设备和系统隔离防止故障范围的扩大。DCS系统在检测到故障时会发出相应的报警信号, 此时运维人员应当根据相关故障信息分析事故原因同时提出相关的解决措施。另外, 在进行在现场操作清除相应的故障时不要轻易的重启CPU, 防止对系统造成二次故障伤害。如果需要对CPU进行复位时, 需要先将系统模拟量的输出信号进行复位, 此时可以手动对变频器或者是相关的执行器进行相关的切换, 当系统恢复正常后将正常的信号输入到各个执行器中。应该始终注意强化DCS系统的运行与检修管理工作, 从而保证DCS的正常运行。

2.3 定期的对系统进行维护

DCS系统在日常的运行中会产生一定的数据冗余或者是数据缓存, 这些数据经过长期的积累后会对系统的安全运行造成一定的影响因此要定期的对系统进行维护。在进行相关的系统维护时要注意一下几点内容:

1) 定期对DCS系统电源进行检查, 对于冗余电源系统要定期进行切换实验工作。同时对UPS电源进行定期的切换检查, 对电池按照要求进行定期放电充电。

2) 在系统的维修过程中要逐个将DCS系统的DPU和相关的人机接口进行复位, 从而达到消除计算机累加结果造成的错误。

3) 定期的检测各种连线直接的接头和网络接头是否牢固, 同时要检查控制柜里面的端子是否能够可靠的连接;经常定期的检查控制单元和I/O模块等模块是否能够安全有效的运行。

4) 建议对DCS系统和其他系统的接口之间加装一定的防火墙系统, 并且及时的更新相关的病毒数据库, 及时安装新的操作系统, 从而达到提高系统可靠性的目的。

2.4 工作人员及时将DCS应用中存在的问题向厂家反馈

厂家工作人员在实际的工作过程中, 如若发现DCS在应用中存在一些问题, 应及时向本厂相关负责人汇报。然后该负责人应就厂中DCS应用中存在的问题及时向厂领导层反馈。厂家相关部门则根据DCS中存在的问题, 从软硬件等方面逐渐完善DCS系统, 从而增强DCS软硬件的可靠性, 并使其性能满足现实的需要。

3 结语

DCS控制系统在现代工业中的应用越来越广泛, 关于DCS控制系统可靠性的研究具有重要的意义。综上所述, 本文通过对影响DCS可靠性的因素进行分析, 发现相关方面还有很多的工作需要处理。本文对影响DCS系统可靠性的种种因素做了认真的研究, 同时提出了诸多的有效措施, 希望相关的解决措施能够得到合适的应用, 从而真正的提高DCS的可靠性。

摘要：随着社会科技的不断进步, 我国的工业现代化水平不断提高。为了提高工厂的生产效率, 现阶段我国很多企业都采用了DCS分散控制系统。DCS控制系统的可靠性对工厂正常生产具有重要的意义, 本文对影响DCS可靠性的因素做了分析并且提出了提高DCS可靠性的相关措施。

关键词：DCS系统,可靠性,措施

参考文献

[1]李兵, 韩晓霞.浅谈提高DCS控制系统可靠性的措施, 2010.

[2]董兴虑.浅谈DCS控制系统的可靠性.矿业工程, 2009.

[3]张骥, 郭艳敏, 钱军.分散控制系统供电和接地系统的设计与应用[J].能源研究与利用, 2011.

[4]秦利彬.论DCS控制系统可靠性的提高.中国新技术新产品, 2011.

嵌入式系统的系统测试和可靠性评估 第2篇

随着嵌入式系统硬件体系结构的变化，嵌入式系统的发展趋势向嵌入式系统高端，即嵌入式软件系统转移，具体体现在嵌入式操作系统趋于多样和应用软件日渐复杂。由于嵌入式系统软硬件功能界限模糊，研究如何进行系统测试和进行质量评估来保证嵌入式系统的产品质量具有重要意义。

首先，这里明确嵌入式系统的系统测试定义，是将开发的`软件系统（包括嵌入式操作系统和嵌入式应用软件）、硬件系统和其它相关因素（如人员的操作、数据的获取等）综合起来，对整个产品进行的全面测试。嵌入式系统的系统测试比PC系统软件测试要困难得多，主要体现如下：

①测试软件功能依赖不需编码的硬件功能，快速定位软硬件错误困难；

②强壮性测试、可知性测试很难编码实现；

③交叉测试平台的测试用例、测试结果上载困难；

④基于消息系统测试的复杂性，包括线程、任务、子系统之间的交互，并发、容错和对时间的要求；

⑤性能测试、确定性能瓶颈困难；

⑥实施测试自动化技术困难。

1 测试方法

根据Goodenough和Gerhart提出的软件测试充分性准则可知，软件测试具有非复合性的特点，也就是说，即使以软件所有成分都进行了充分的测试，也并不意味着整个软件的测试已经充分。所以，即使通过了需求测试、设计测试、编码测试，并不意味着已经完全了充分的测试，还要进行软硬件全面测试，即系统测试。正确的系统测试方法能设计出良好的测试事例，而良好的测试事例是测试成功的关键。测试事例质量特性主要有以下几点。

*检验性：检测软件缺陷的有效性

电气自动化控制系统可靠性的研究 第3篇

【关键词】电气自动化；控制性；可靠性

电气自动的控制技术在科学技术的带动下不断地发展着。小到日常生活中的开关，大到可以飞上太空的航天飞机，电气工程的自动化控制技术充分地现实了其不可替代性。电气自动控制设备运行的可靠性和稳定性，都直接关乎到电力系统稳定运行，因此，对电气自动化控制设备的可靠性进行科学性的测试是非常必要的。

1.电气自动化控制系统可靠性现状

电气自动化控制系统在我国电力系统的应用，实现了整个系统运行的准确、稳定。电气自动化控制设备作为电力系统中的重要组成部分，在现代化的运行中，其可靠性关乎到自动化控制系统的应用是否能够实现整个电力系统的安全运行。但是，就目前的状况来看，电气自动化的控制设备的可靠性还并不尽如人意。

1.1电气自动化控制设备的质量问题

任何的设备，如果质量不过关，就会给生产和生活带来很大的麻烦。那么，如果由于电气自动化设备控制设备出现了质量问题，对于整个电力系统来说，无疑是一种灾难。出现这种现象的主要原因，还是由于一些生产设备元器件的厂家规模较小，质量管理体系不健全，其所生产出来的电气自动化控制设备，无论是设备使用的寿命，还是性能可靠性上都无法保证。

生产电气自动化控制设备元器件的厂家，在以单纯追逐经济利益为目的的前提下，相互之间呈现出了恶性竞争的态势。在强调“价格优势”的同时，却忽视了产品质量的问题，结果一些粗制滥造的元件流入到了市场。而大型企业在买进元件的时候，都需要大批进货，一些质量不过关的产品被混杂在其中，结果问题接踵而来。电气自动化控制设备的可靠性指标偏低，导致了设备的正常安全运行受到了影响。

1.2工作环境对电气自动化控制设备的影响

不同的行业都要有适合于自己的工作环境。如果环境恶劣，一些设备在操作和维护上就要受到一定程度的影响。

1.2.1自然因素的影响

在影响设备运行的自然因素中，主要还是气候的影响占有主要的位置。在气候多变的气候条件下，电气自动化控制设备就要相应地在性能上受到影响。诸如大气污染、温度过高或者是过低以及雨雪风霜天气，都会对电气设备的正常运行进行干扰。

如果环境变化的程度不是很大，通过对电气自动化控制设备的调试和基本的维护，尚可运行，但是在极其恶劣的气候条件下，电气自动化控制设备的性能就会严重受到影响，设备机体温度过高或者是运转不灵活，有更甚者，会出现设备结构损坏的状况。那么，基于电气自动化控制设备对于气候变化的敏感度很高，就需要在设备设计和调试上，使其可以适应各种工作环境，以及时应对各种不利因素的影响。

1.2.2人为因素的影响

虽然电气自动化控制设备已经实现了自动化操作，但是其中由于人为因素而导致的设备运行问题也是不可忽视的。

顺应电力企业发展的需求，科学含量不断地被注入到电气自动化控制设备当中，使得其技术上的要求也越来越高。从而导致了电气自动化控制设备的复杂程度致使操作人员需要掌握很高的技术操作能力。针对这种掌握和熟练操作难度较大的设备，一旦操作人员在操作生不符合程序或者采取了不正确的操作形式，就会造成设备损坏。在操作设备的过程中，如果因为经验不足或者是操作生疏而造成设备运行问题，就要及时处理。

为了提高电气自动化控制设备的可靠性，就需要科学性地认识到维护和保养电气自动化控制设备的重要性。

1.2.3特殊因素的干扰

特殊因素，如电磁干扰作用以及机械的作用力因素，都会对电气自动化控制设备造成安全性的影响。

现代的社会中，电气化的设备随处可见，这就意味着电磁干扰是普遍存在的。但是这是一个非可见的因素，所以如果没有达到故障发生，很容易被忽视。但是，电气自动化控制设备在运行的过程中，也会产生各种的电磁波，其明显征兆就是设备在输出的过程中，会产生很大的噪声，这就是由于电磁波增大而导致的。

机械作用力的因素虽然是偶然因素，但是在很多时候也是不可避免的。在电气自动化控制设备运输的过程中，由于运载工具的原因，很有可能会有各种的机械作用力被施加于其上，由此对电气自动化控制设备产生了影响，甚至是会由于震荡或者是冲击的作用使设备遭到损坏。

2.电气自动化控制系统可靠性测评及意义

2.1电气自动化控制系统可靠性测评

对于电气自动化控制系统可靠性测评，就是要设计各种的工作条件和工作环境，以及可以影响其有效运行的一些因素，对电气自动化控制系统进行运作测试。事实上，就是让电气自动化控制系统在所模拟的各种可能存在的环境中运行，实行设备运行的可靠性测评。

2.1.1实验测试

这种方法主要是为了保证产品在出场之前，要保证质量合格。但是基于电控设备是由大量的元器件所构成的，所以在其工作状态的时候，会呈现出一些随机性反应，以多样化的形式表现出来。这是失效率所具有的特征，那么，在设备出场之前，就需要对产品进行改进，并达到出厂指标。

2.1.2现场测试

现场测试，顾名思义，就是在进行电气自动化控制系统可靠性测评的时候，是现场进行的。

现场测试包括有在线测试、停机测试和脱机测试三种。在不需要电气自动化控制系统停止运行的情况下对其进行测试，即为“在线测试”。停机测试与在线测试是相对而言的，就是在对电气自动化控制系统进行测试的时候，要将设备运行停止。另外一种测试方法，则需要将所测试的设备从系统上拆卸下来，即为“脱机测试”。

2.2可靠性测评意义

由于各种因素的影响，使得电气自动化控制系统的可靠性受到了极大的影响。为了能够让设备在各种环境中保障正常运行，对于电气自动化控制系统进行可靠性测评是非常重要的。

产品只有保证质量，才能够实现其价值，如果发生的故障减少，提高电气自动化控制系统运行的可靠性，在降低成本的情况下，实现安全性的提高。在市场竞争日益激烈的今天，要使产品处于不败之地，就要提高竞争力。

3.总结

目前看来，由于诸多问题的存在，电气自动化控制系统可靠性测评，是提高设备运行有效性的一个关键环节。对电气自动化控制系统的可靠性进行全面地测评，可以切实保证设备安全稳定地运行的同时，还会在电气自动化设备的保养和维修上提供可靠的依据。

【参考文献】

[1]王海军.电厂电气自动化控制系统可靠性评测[J].中国外资，2012，10（274）.

[2]王磊，薛双苓.电气自动化控制设备可靠性探究[J].理论研究，2011，（10）.

[3]林皓.略论电气自动化控制设备的可靠性测试[J].化学工程与装备，2011，（12）.

港口物流控制系统可靠性分析 第4篇

关键词：港口,物流控制,系统

1 干散货码头物流控制系统的构成

干散货码头物流控制系统主要由可编程序控制器 (PLC) , 交换机、网络服务器、监控操作站、有线和无线数据传输网络组成。主要完成码头物流系统工艺流程操作所要求的流程选择确认, 顺序启动、顺序停止、故障停止、紧急停止和流程切换以及控制系统操作、监控和信息管理等功能。

目前, 在干散货码头物流控制系统中从各装卸设备的单机到中控系统均采用PLC作为控制核心部件, 它的主要功能是通过软件编程的方法实现对作业流程的自动控制, 检测受控对象的状态并发出控制指令。其控制系统网络可分为三层。

信息层:一般由以太网组成, 完成数据的采集及生产作业操作和监控功能。

自动化和控制层:由控制网构成, 实现实时I/O控制、控制器互锁和报文传送。

设备层:通过现场传感器测出需要监测控制的各种现场设备, 并以开关信号等方式传送至现场模块, 计算机通过调整执行器来具体实现控制功能, 控制器通过现场输出模块与各种执行器连接, 输出直接驱动执行机构, 由此来直接控制电机起停、正转、反转和现场的各种开关和电动挡板。

干散货码头控制系统组成设备大多为电子产品, 所以与机械系统一样, 控制系统也属于可修复系统。在实际工程应用中定量描述电子产品可靠性的指标有很多, 常用的主要有可靠度、有效度、故障率、平均维修时间、平均无故障时间等。要分析干散货码头物流控制系统的可靠性, 也必须借助一系列可靠性指标来进行。在本文中采用平均无故障时间、平均维修时间、有效度作为反映干散货码头物流控制系统可靠性的指标。

干散货码头物流控制系统是一个复杂的可修复系统, 系统中采用软、硬件结合的故障诊断和同步恢复、定位技术的先进技术来实现不中断生产情况下的修理或更换, 从而保证控制系统的长期可靠工作。对其可靠性分析必须从硬件和软件两方面考虑。由于干散货码头物流控制系统属于可修复系统, 可采用马尔可夫可修复模型, 通过系统状态之间的转移概率, 来建立系统状态转移方程组, 来描述控制系统的可靠性。由于干散货码头控制系统的组成设备较多, 而且其组成结构也比较复杂, 所以其状态转移方程组的阶数会很高, 从而可能无法求解, 甚至可能无法建立状态转移方程组。然而系统可靠性框图法比较简单, 仅要求已知各组成单元的可靠性参数指标。对于干散货码头物流控制系统, 结合这两种可靠性分析方法的特点, 可先用马尔可夫模型法对系统各部件进行可靠性分析得出可靠性参数, 然后用可靠性框图法对整个系统的可靠性进行模型化简, 最后得出整个控制系的可靠性参数指标。

2 干散货码头物流控制系统可靠性分析

在干散货码头控制系统中, 软件系统的 不仅受到各个功能 模块 的影响, 同时也取决于这些 是否被执行, 因此可以看出, 软件系统的 与程序的逻辑流有关, 而逻辑流程代表了模块间的转移, 这个转移过程同样可以用马尔可夫过程来表示。

矩阵R是由模块可靠度Ri 组成的对角线矩阵, 矩阵P中的元素Pij 是逻辑流程由模块i转移到模块j的概率。

令

则Rs可采用以下简便方法得出, 令

S= (I-Q) -1 (4)

其中I是单元矩阵则Rs=S1, nRn (5)

对于干散货码头物流控制系统, 任何子系统的失效都会导致整个控制系统无法正常工作, 即要求控制系统中每一子系统均正常工作时整个控制系统才能正常工作, 显然, 干散货码头物流控制系统这特性符合系统可靠性分析模型中串联系统的定义。所以, 在对干散货码头物流控制系统进行分析时, 看以将其看做由各功能模块组成的子系统串联而成, 因此可以采用串联系统可靠性分析模型对干散货码头物流控制系统进行可靠性计算。而干散货码头物流控制系统由系统网络子系统、PLC硬件子系统、供电及驱动电路子系统和软件系统四个系统组成, 各子系统的可靠度为 Rj, j=1, 2, 3, 4则整个物流控制系统的可靠度R为

3 提高干散货码头物流控制系统可靠性的方法

干散货码头物流控制系统是一个复杂系统, 所以在设计前有必要对设计的系统进行严格的可行性考查论证, 从而避免因为对系统的可行性, 经济性和先进性缺乏科学的考查分析而给系统设计带来缺陷, 最后导致控制系统工作的不可靠。对于投入使用的干散货码头物流控制系统, 在分析其故障特性的基础上, 可以得出提高系统可靠性的方法。

3.1 干散货码头物流控制系统的故障特性

提高码头物流控制系统的可靠性也就是要减少系统的故障, 而引起故障的因素来自系统内部和外部两个方面:

内部因素:元器件失效, 电路开路或短路等, 另外还包括软件设计中的问题。

外部因素:环境温度、湿度、电源的波动、电磁干扰、冲击、振动、腐蚀等。

干散货码头物流控制系统是一个计算机产品, 通过硬件系统和软件系统的共同作用才能完成各项规定的功能, 因此, 必须从硬件和软件两方面入手分析其故障特性, 同时, 硬件系统和软件系统的故障特性是有区别的。

(1) 硬件故障特性。

干散货码头物流控制系统的硬件故障按出现的时间可分为以下三类:早期故障期、随机故障期和耗损故障期。

早期故障主要由控制系统选用的元器件老化不够、设计制造中的错误、运输存放时的损坏等原因造成。在这一期间, 干散货码头物流控制系统的故障率随着时间的增长而逐渐减少。

在偶然故障期内, 干散货码头物流控制系统故障率趋于稳定, 整个控制系统处于正常工作状态期, 此时控制系统故障率基本保持常数且不随时间变化而变化。同时, 在此期间干散货码头物流控制系统出现的故障是随机的。

在耗损故障期内, 由于干散货码头物流控制系统经过了长时间的运行、系统中的元器件已老化, 此时整个控制系统的故障率保持在一个较高水平。

(2) 软件故障特性。

干散货码头物流控制系统的软件系统由应用软件和系统软件组成。其中, 应用软件为完成用户所需功能而开发的软件, 一般是根据用户领域或者设计部门提供的控制方案设计开发而成。而系统软件则是支持干散货码头物流控制系统本身工作的软件, 同时可以帮助用户开发应用软件, 比如码头物流控制系统过程控制单元中的各种功能模块。

干散货码头物流控制系统软件故障一般发生在两个时期, 即早期故障期和成熟期。在早期故障内, 控制系统发生故障主要是由于软件设计中残留的逻辑错误所致。而进入成熟期后, 软件的故障率较小甚至可能接近于零。

3.2 干散货码头物流控制系统设计的设备选型

系统的可靠性是设计出来的, 生产出来的, 管理出来的。系统设计一旦完成, 并按设计预定的要求制造出来后, 其固有可靠性就确定了。提高系统固有可靠性最直接的方法就是保证系统组成单元的可靠性。

干散货码头物流控制系统多数是在潮湿、多尘、高温、强电磁、强腐蚀、高频干扰等复杂恶劣环境下工作的, 因此不仅对控制系统本身, 同时也对控制系统中现场执行、检测、供电等各种设备的可靠性和先进性提出了严格的要求。根据以上特点, 在选择干散货码头物流控制系统组成设备时应注意以下几点:

(1) 对于计算机, 要选择实时性好, 具有高性能的实时多重任务的处理系统, 而且要有完善的中断系统和实时时钟功能, 特别要选用CPU主频高的机型, 以便于实时多任务的快速处理。

(2) 要选技术指标先进、质量好、环境适应性和抗干扰能力强、可靠性高即平均无故障时间大、平均维修时间小的设备, 以保证系统能在强干扰等恶劣的环境下长期能够可靠运行。

(3) 常规仪表质量的优劣对于控制系统能否长期良好可靠运行有着决定性的作用。因此, 要选择具有完善的输入/输出通道和方便的通讯接口, 以及丰富的输入/输出通讯指令的设备。

综上所述, 在干散货码头物流控制系统设备选型时, 应该充分注意选择性能指标质量优良, 抗干扰力强、稳定可靠的设备, 从而使整个控制系统处能够在良好的状态下稳定运行, 完成规定的功能。

3.3 干散货码头物流控制系统抗干扰设计

由于干散货码头物流控制系统所处环境较恶劣, 所有各种噪声都有可能对控制系统产生严重干扰, 从而影响整个控制系统或是局部系统的稳定性和可靠性。干散货码头物流控制系统的干扰主要来自以下三方面:

(1) 系统环境的干扰:主要包括控制系统设备安装, 通道连接导线铺设的不合理, 信号传输、机柜、机房屏蔽不佳, 接地不良, 以及高温、潮湿多尘、腐蚀气体, 造成接触不良, 断线、漏电以及电磁感应、公共阻抗耦合等串扰。

(2) 系统噪声的干扰:包括控制系统所有组成设备自身的元器件材料、性能存在某些缺陷或是由于控制系统内部线路设计、安装、工艺不合理而产生的物理噪声, 同时也包括给控制系统供电的交直流电源因质量不佳而产生的交流纹波、直流电平漂移及内部变压器、继电器开关、电感等产生的电磁干扰。

(3) 外部的干扰:主要是由控制系统外的变压器、强电流的交流电机、强电网以及雷电、天线电波、高频超声设备等产生的辐射、电磁、脉冲等干扰。

4 结语

PLC自动控制系统的可靠性 第5篇

关键词：可靠性；PLC自动控制系统；研究

中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 13-0000-01

The Reliability of PLC Automatic Control System

Zhang Jinhu

(Tangshan Kaiyuan Automatic Welding Equipment Co.,Ltd.,Tangshan063000,China)

Abstract:PLC automatic control system reliability problems for 7 more in-depth research,the method of operation to improve system reliability.Proved using these methods to improve the reliability of the system is effective.

Keywords:Reliability;PLC automatic control system;Research

工业年月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，PLE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。由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

一、控制系统可靠性降低的主要原因

（一）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，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.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。

（二）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应设计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。

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DTIO、DTII、DTl2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DTO中。

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，在程序设计时应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?可采取以下措施：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台，停止时接触器是否可靠释放，这是最让人关心的。

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。

五、结论

PLC控制系统的可靠性分析 第6篇

1 硬件系统可靠性

PLC[1]控制系统通常包括中央处理器、主机箱、扩展机箱及相关的网络与外部设备;生产现场设备包括继电器、接触器、各种开关、极限位置、安全保护等。任何一个因素都可能是干扰源, 可分为内部干扰源和外部干扰源。内部干扰源主要包括:由于元器件布局不合理造成内部信号相互串扰;线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡。外部干扰源包括供电电源电压波动和高次谐波的干扰;开关通断形成的高、低频干扰;动力强电信号在系统中产生感应电势引起的干扰。

1.1 电源抗干扰

电源是干扰进入的主要途径之一, 对电磁干扰较强, PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开。在进入PLC系统之前加屏蔽隔离变压器, 屏蔽隔离变压器的次级侧至PLC系统间必须采用不小于2mm2的双绞线。

1.2 输入抗干扰

元器件质量的好坏和连接方式直接影响输入电路的可靠性。保证采用高质量的元器件防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。

1.3 接地抗干扰

在设计时, PLC的接地应与动力设备的接地分开, 采用专用接地;如不能分开接地时, 应采用共用接地;绝对禁止采用共通接地方法。恶劣环境下要注意防静电, 防电流冲击过大等。

1.4 电磁干扰的抗干扰

电磁干扰分为共模干扰和差模干扰, 共模干扰主要由电网串入;差模干扰主要由空间电磁场在信号间耦合感应造成。为了避免或减少内外上述电磁干扰, 必须采取3个方面抑制措施:抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力, 通常一般采用隔离和屏蔽的方法来实现。

1.5 冗余设计和降级操作设计

冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式, 冗余的后备系统也同时运行, 两者输出的结果一致时, 表示系统是正常运行的;一旦结果不一致, 则发出警报信号, 同时, 根据自诊断的结果切换到正常的系统。冷后备方式操作时, 它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。

降级操作[2]是指在设计时, 将手动操作包括在内的设计。例如:紧急停车的设计, 关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样, 一旦发生故障, 可采用降级的操作, 即对部分或全部设备进行手动的开停操作, 以避免设备的损坏或对人员的伤害。

同时外在的质量也需注意, 简单来说需要满足五防的要求:防水、防尘、防摔、防静电、防干扰。

2 软件系统可靠性

软件的可靠性主要是指软件对错误信号的抵抗力、对设备故障的判断力及对不同工况的适应能力等。

2.1 数字滤波

滤波通过对模拟信号多次采样求均值, 增加数据输入的稳定性和防止重复输入。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。

2.2 通信数据校验

在PLC与其它设备采用自由协议通信时干扰会造成错码, 如果不纠错很容易引起程序运行错误。传送方面可参照“三次握手”, 编码采用纠错码, 并建立反馈措施和报警控制措施。

2.3 设置断电记忆功能

有些设备在意外停机后再开机时, 必须按照停机前的工艺操作, 这就要求在程序设计中使用停电记忆机前的工艺, 这就要求在程序设计中使用停电记忆功能PLC可对内部的输出继电器, 辅助继电器, 计数器等进行停电记忆设置, 实现断电保护。较可靠的办法是把调试成功的程序用ROM写入器固化到EPROM/E2PROM中去。应用程序的备份, 如光盘或EPROM/E2PROM等必须小心保护。

2.4 设置报警系统

专门设置一个定时器, 作为监控程序部分, 对系统的运行状态进行检测。若程序运行发生故障, 如出现死循环等, 此时PLC发出报警信号。外部报警系统可结合现在的各种先进技术:语音报警、短信报警、画面报警等。

2.5 软件容错设计

为提高系统运行的可靠性, 使PLC在信号出错情况下能及时发现错误, 并能排除错误的影响继续工作, 在程序编制中可采用软件容错技术。在目前现场设备信号不完全可靠的情况下, 对于非严重影响设备运行的故障信号, 可在程序中采取不同时间的判断, 以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后信号仍不消失, 再执行相应动作。在充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断时, 即使个别信号出现错误, 系统也不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。

在具体的编码实现时应注意良好的模块化设计和可移植性、易用性。增加新功能可增强产品的差异性, 但同时要多注意新增功能的必要性和稳定性。

3 结语

简单说来, PLC系统可靠性与其硬件和软件的可靠性相关。实践表明, 本文措施能够在硬件配置上提高系统对外界环境的抗干扰能力, 在软件设计上提高对不同的工艺、设备情况做出准确及合理判断的能力, 使产品具备较多的适用范围和竞争力。

参考文献

[1]康毅, 李正文, 吴锦强.对提高PLC系统可靠性的探讨[J].测控技术, 2004.

PLC控制系统的可靠性探析 第7篇

一、硬件系统可靠性PLC

控制系统通常包括中央处理器、主机箱、扩展机箱及相关的网络与外部设备;生产现场设备包括继电器、接触器、各种开关、极限位置、安全保护等。任何一个因素都可能是干扰源, 可分为内部干扰源和外部干扰源。

1、电源抗干扰

电源是干扰进入的主要途径之一, 对电磁干扰较强, PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开。在进入PLC系统之前加屏蔽隔离变压器, 屏蔽隔离变压器的次级侧至PLC系统间必须采用不小于2mm2的双绞线。

2、输入抗干扰

元器件质量的好坏和连接方式直接影响输入电路的可靠性。保证采用高质量的元器件防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。

3、接地抗干扰

在设计时, PLC的接地应与动力设备的接地分开, 采用专用接地;如不能分开接地时, 应采用共用接地;绝对禁止采用共通接地方法。恶劣环境下要注意防静电, 防电流冲击过大等。

4、电磁干扰的抗干扰

电磁干扰分为共模干扰和差模干扰, 共模干扰主要由电网串入;差模干扰主要由空间电磁场在信号间耦合感应造成。为了避免或减少内外上述电磁干扰, 必须采取3个方面抑制措施:抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力, 通常一般采用隔离和屏蔽的方法来实现。

5、冗余设计和降级操作设计

冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式, 冗余的后备系统也同时运行, 两者输出的结果一致时, 表示系统是正常运行的;一旦结果不一致, 则发出警报信号, 同时, 根据自诊断的结果切换到正常的系统。冷后备方式操作时, 它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。

降级操作是指在设计时, 将手动操作包括在内的设计。例如:紧急停车的设计, 关键设备的开停和再启动功能的设计等。

这样, 一旦发生故障, 可采用降级的操作, 即对部分或全部设备进行手动的开停操作, 以避免设备的损坏或对人员的伤害。

同时外在的质量也需注意, 简单来说需要满足五防的要求:防水、防尘、防摔、防静电、防干扰。

二、软件系统

可靠性软件的可靠性主要是指软件对错误信号的抵抗力、对设备故障的判断力及对不同工况的适应能力等。

1、数字滤波

滤波通过对模拟信号多次采样求均值, 增加数据输入的稳定性和防止重复输入。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。

2、通信数据校验

在PLC与其它设备采用自由协议通信时干扰会造成错码, 如果不纠错很容易引起程序运行错误。传送方面可参照“三次握手”, 编码采用纠错码, 并建立反馈措施和报警控制措施。

3、设置断电记忆功能

有些设备在意外停机后再开机时, 必须按照停机前的工艺操作, 这就要求在程序设计中使用停电记忆机前的工艺, 这就要求在程序设计中使用停电记忆功能, PLC可对内部的输出继电器, 辅助继电器, 计数器等进行停电记忆设置, 实现断电保护。较可靠的办法是把调试成功的程序用ROM写入器固化到EPROM/E2PROM中去。应用程序的备份, 如光盘或EPROM/E2PROM等必须小心保护。

4、设置报警系统

专门设置一个定时器, 作为监控程序部分, 对系统的运行状态进行检测。若程序运行发生故障, 如出现死循环等, 此时PLC发出报警信号。外部报警系统可结合现在的各种先进技术:语音报警、短信报警、画面报警等。

5、软件容错设计

为提高系统运行的可靠性, 使PLC在信号出错情况下能及时发现错误, 并能排除错误的影响继续工作, 在程序编制中可采用软件容错技术。在目前现场设备信号不完全可靠的情况下, 对于非严重影响设备运行的故障信号, 可在程序中采取不同时间的判断, 以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后信号仍不消失, 再执行相应动作。在充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断时, 即使个别信号出现错误, 系统也不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。

在具体的编码实现时应注意良好的模块化设计和可移植性、易用性。增加新功能可增强产品的差异性, 但同时要多注意新增功能的必要性和稳定性。

参考文献

[1]康毅、李正文、吴锦强:《对提高PLC系统可靠性的探讨》, 《测控技术》, 2004年。

对PLC控制系统可靠性分析 第8篇

1 PLC控制系统可靠性影响因素分析

PLC的可靠性是一个较为复杂的系统工程。它包含的主要内容有系统设计、系统检验、分析试验、安装以及运行等诸多方面。虽然PLC自身的可靠性较高, 但是还存在着诸多的干扰因素, 如果在自身的环境较为恶劣的情况下, 例如有磁场过强、超高低气温、超高低压等等。还有就是在使用和安装方面出现不当的情况, 例如电源的接地接线、布线安装以及繁杂多余的程序和考虑不周的保护措施, 都容易将PLC的内部信息系统破坏掉, 从而使PLC内部的控制系统可靠性进一步降低。

在各种干扰中, 存在着干扰源干扰、内部系统的干扰以及系统外部引线的干扰。

1.1 干扰源干扰

与普通的工业设备系统相似, 干扰源干扰是指对PLC内部控制系统的干扰源产生电压电流的强烈巨变从而带来的干扰问题。放电、高频振荡等产生的原因各不相同, 造成持续是根据声波的性质进行种类划分的, 共模干扰与差模干扰是根据噪声的干扰模式进行划分的。

1.2 内部系统的干扰

主要产生的原因是因为系统内部的零件与各个电路间产生了电磁辐射, 在逻辑电路中相互辐射, 并对其他的模拟电路进行干扰。逻辑地与模拟地在相互影响方面的元器件使用不匹配。这些都算是PLC的内部兼容设计, 且情况较为复杂, 在应用部门通常很难干煸, 并且不用做过多考虑, 但它需要选择实际操作能力较强、耐得住考验的系统。

1.3 系统外部引线的干扰

这是一种较为严重的干扰方式, 通过信号线和电源的串入来进行干扰。干扰的方式主要有两种, 第一种是通过信号仪表或变送器中的供电电源串入到电网中去, 第二种是空间磁辐射感应干扰信号线, 这种情况属于较为严重的干扰情况。

2 PLC控制系统可靠性的提升

2.1 PLC控制系统的可靠性设计

对于一个PLC控制系统而言, 它的可靠性设计的关键在于能够对即将发生的故障进行检测, 能够提升系统的预防能力。对故障系统进行预测, 确定系统内部可能发生隐患的因素以及薄弱环境, 根据这一方向对系统进行设计和改进, 有效地消除隐患并对薄弱环节进行改进, 使得系统能够良好地体现出可靠性的要求。

2.2 输入、输出端子的保护

在直流电路中, 输入和输出端子接入感性元件的情况, 应该在输入和输出两端并联上续流二极管。在交流电路中, 需要并联在两端阻容吸收电路。采取以上两种方式, 能够有效的使感性输出电路和输入电路在感应电势电流上断开, 避免PLC的输入和输出端点对电源的内部造成严重的冲击。

2.3 故障警报系统的完善

PLC系统的可靠性要想得到有效地提高, 需要在设计的过程中, 不断丰富多级警报系统, 并完善构造。在控制现场对各个控制版面上设计一级控制警报, 通过指示灯来对设备的运行情况进行反映, 如果设备是正常运行的情况, 相应的指示灯就会变亮, 如果在运行的过程中出现故障, 那么相应的指示灯就会切换为闪烁的状态。在中心控制室监视器上应设计上二级的控制报警装置。设备如果出现了故障, 就会出现相应的文字来提示故障的类型, 在工艺的流程图上所对应设备的故障也会呈现闪烁状态, 故障记录表会将故障及时地记录下来。中心控制室信号箱内应放入三级故障显示报警。设备在运行过程中出现了故障, 信号箱能够在第一时间通过报警来向工作人员进行反映, 将集合声音、光线等各种方式来对故障进行划分, 能够及时地对故障进行处理。

2.4 合理安装布线

2.4.1 电源的安装

PLC系统可靠性收到干扰的主要因素之一就是电源。PLC系统的电源主要有内部和外部两种。在对PLC可靠性要求较高的时候, 需要带上屏蔽层对变压器实行隔离装置, 在PLC的内部系统进行供电。

2.4.2 合理布线

数字的调节系统中比较难以解决的问题就是传输线之间的干扰, 这些干扰主要来自于电磁互震和传输线之间的电容分布。因此对PLC系统进行布线的过程中要注意动力线、I/0线以及其他的控制线需要分开走线, 尽量避免在同一个线槽内进行布线。直流线、交流线、输入线和输出线最好分开走线, 在开关量和模拟量的I也尽量避免在同一个线槽内进行布线, 分开走线。

2.4.3 远离高压

高压电源线与高压电器的周围不能对PLC进行安装工作, 高压电器是被禁止安装在同一个控制柜里的, PLC控制系统安装时要尽量避免与高压电源线同地出现。

2.4.4 正确接地

PLC系统能够有效运行的重要条件就是正确接地, 为了充分抑制干扰, 最好采取PLC单独接地的形式, 如果与其他的设备进行连接, 使用各自接地的方式。比如避免出现串联接地的方式, 因为串联接地会在设备与PLC系统之间产生电位差, 所以采用分别接地与公共接地的方式较好。但是在公共接地时, 最好使PLC的接地线尽量保持短, 这样可以让接地点更加靠近PLC系统。除此之外, CPU单元也必须采取接地的形式, 如果I/0扩展单元呗使用, 他们应该具有相同的接地体, 并且无论从哪个单元对PLC进行保护, 它们的接地端到地的电阻都不能够超过100Ω。总而言之, PLC的控制系统本身会受到诸多因素的干扰, 其可靠性也会受到影响, 必须对症下药, 并且采取有效地预防措施, 才能够有效地保护PLC系统运行的安全。

3 结束语

因为PLC的控制系统较为复杂, 所以在设计时应多考虑抗干扰的问题, 根据具体的情况进行分析, 并且做出相应的应急处理。PLC控制系统中的干扰问题是一个较为复杂的问题, 在设计抗干扰时需要综合诸多的因素, 还需要对具体的情况进行分析, 必须对症下药, 才能够使PLC系统进入一个平稳运行的状态, 持续保持正常的工作。

摘要：本文主要通过对PLC控制系统可靠性影响因素进行分析, 进一步提出了如何提升PLC控制系统的可靠性, 分析研究了PLC系统控制设计的重点, 从而阐述了如何降低PLC可靠性损坏的程度, 以及提升PLC的抗干扰能力, 希望能够对今后PLC系统可靠性运行提供帮助。

关键词：PLC控制系统,可靠性,抗干扰

参考文献

提高PLC控制系统可靠性的措施 第9篇

自动化控制系统因为具有极高的稳定性、可靠性以及可扩展性, 近些年在煤炭、化工、有色、金属等领域受到推广。但是一个完整的自动化系统容易受到多方面的影响, 如果环境恶劣干扰性强或者设备质量不好容易损坏以及软件保护程序考虑不周等, 都有可能使PLC控制系统出现精度不高, 工作出现故障从而不能正常稳定运行。因此提高PLC控制系统可靠性十分重要。

1 影响PLC控制系统可靠性的主要因素

1.1 电磁场干扰

根据法拉第的电磁感应定律, 通电的导线周围会产生磁场, 当PLC控制系统在磁场中工作时就不可避免地受到电磁干扰, 如果电磁干扰比较强就会影响整个系统的通信, 从而造成数据不能及时传送, 系统发生迟钝或者出现故障。

1.2 电源干扰

电网电压比较高, 电动机在启动和停止时会产生谐波或浪涌现象, 然后通过线路输入PLC的输入端口, 造成信号输入精度不高, 从而引起系统出现误差。

1.3 输入输出端口信号的干扰

各种检测信号通过线路传送到PLC的输入端口，会带有各种外部干扰信号, 这种干扰信号会导致输入输出端口信号工作异常, 严重时会引起系统控制失效。

1.4 接地干扰

为了保障系统的安全, 一般会采取接地措施, 如果接地方法不当会造成接地点周围产生电位差, 引起共模干扰, 从而影响系统的正常稳定。

2 提高PLC可靠性的措施

2.1 工作环境选择

2.1.1 环境温度适宜

一般PLC都需要在合适的温度下工作约 (0~55℃) , 如果低于0℃或者高于55℃, PLC的可靠性都会受到影响。因此在进行PLC安装布控时要注意不要把加热器、散热器等一些发热量大的元器件放在边上, 也不要让太阳直接射到PLC控制系统上, 在设计PLC系统控制柜时最好带有百叶窗和风扇装置, 以保证通风散热。

2.1.2 环境湿度适宜

PLC控制系统对湿度要求也比较高, 一般空气湿度要小于85%, 湿度太大容易使绝缘导线和一些绝缘壳受到影响, 进而影响到PLC控制系统的输入输出信号的精确度。因此, 需要将PLC控制系统装在干燥通风的地方, 防止雨水淋湿。

2.1.3 注意环境污染

空气中的灰层、油烟、腐蚀性气体和可燃性气体等容易对PLC控制系统中的集成电路板造成腐蚀, 使元器件更容易损坏, 造成电路断开或者短路。因此, 一般将PLC控制中心系统放在控制柜内, 并保证中心监控室的环境卫生。

2.1.4 远离振动和冲击源

避免将PLC控制柜安装在强烈震动和冲击的地方, 防止PLC控制系统中的元器件损坏或者接头松动等故障的发生。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响, 以免造成接线或插件的松动。

2.1.5 远离强干扰源

PLC应远离强干扰源, 如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等, 同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源, 以及易产生强静电的地方。

2.2 合理安装与布线

2.2.1 注意电源安装

电源周围存在大量的磁场, 容易对PLC控制系统造成干扰。目前PLC控制系统的电源主要有外部电源和内部电源两大类。

外部电源主要是给PLC的输出设备提供能源, 一般同一台PLC的外部电源可以有多种规格。外部电源电压的大小主要由输出设备来决定, 由于PLC的输出电路自带滤波稳压等功能, 所以外部电源几乎不会影响PLC的性能, 因此, 对外部电源的要求不高。

内部电源是PLC内部工作的电源, 如果内部电源不能提供稳定的电压则会对输入输出有影响。因此在电路设计时一般采用性能比较好的开关稳压电源或者低通滤波器的稳压电源。

为了保证PLC系统的可靠性, 一般在干扰比较强或者对系统可靠性要求比较高的地方采用带屏蔽层的隔离变压器, 也可以在隔离变压器的次级端连接滤波电路以提高电源的质量。在安装隔离变压器时要注意:为了控制串模干扰, 在隔离变压器与PLC和I/O电源之间使用双绞线连接;为了防止大容量设备起动时引起的线路压降过大, 选择比较粗的动力线;为了提高输入信号的可靠性, PLC输入电路采用稳压电源作为外接直流电源。

2.2.2 远离高压

在设计PLC控制柜时要注意不能将高压电器和PLC安装在同一个柜内, 同时要与高压电源线至少保持大于20cm的距离, 以防止受到电磁干扰。

2.2.3 合理的布线

(1) 不要在同一槽中安装强电线和弱电线。

(2) 交流线与直流线, 输入线与输出线都要分开走线并保持合适的距离。

(3) 开关量与模拟量的信号线应该使用带有屏蔽层的导线并且分开走线。

(4) PLC的基本单元和扩展单元之间的连线不应与其他的连线放在同一槽中。

(5) PLC的I/O回路配线采用单股线压接, 不能用多绞线与PLC连接, 以免发生火花。

2.3 正确的接地

一般为了抑制干扰PLC采用单独接地的方式不与其他设备共用接地装置。PLC的接地线不能长, 越短越好, 接地点离PLC越近越好。同时, 接地电阻不能大于100Ω, 接地线的横截面积截面不能小于2mm2。另外, PLC的中央处理器单元必须接地, 若系统中含有I/O扩展单元等, 中央处理器单元要与这些扩展单元采用共同的接地体, 并且从任一单元的保护接地端到接地的电阻都要小于100Ω。

2.4 必须的安全保护环节

2.4.1 短路保护

PLC系统中某个设备短路会造成内部元件的损坏, 并影响系统的运行, 因此在系统设计时要有短路保护装置。一般在PLC外部输出回路中装设熔断器和热继电器, 要注意在控制电路和主电路中都需要安装。

2.4.2 互锁与联锁措施

采取互锁和联锁保护措施可以防止因误操作造成系统的不稳定, 一般的互锁和联锁措施可以在硬件中实现, 也可以在软件中实现, 为了安全起见最好在软硬件上同时进行互锁和联锁。例如对于电动机正、反转控制, 可以采用接触器互锁和按钮互锁双重保护。对于一些其他的按钮和电动机均可以采用在PLC外部进行硬件互锁和内部进行软件程序互锁的方式。

2.4.3 失压保护与紧急停车措施

在PLC外部负载的供电线路中采取失压保护措施, 防止外界电源突然停电后又得电造成电路中的电流突然增大影响设备。外部负载电路必须在启动按钮按下后才能启动, 按下停止按钮就可以断开电路。

2.5 必要的软件措施

一般仅仅采取适当的硬件措施不能完全消除一些干扰, 在实际中还需要配合适当的软件措施, 通过软硬件结合的方法可以很好地消除干扰, 提高PLC控制系统的可靠性。

2.5.1 消除开关量输入信号抖动

“抖动”指开关信号在输入时发生的断断续续的现象, 这种现象主要是由外界干扰信号造成。对于传统的继电器电路, 由于继电器的电磁惯性, 抖动现象对系统影响不大, 但在PLC系统中, 因为PLC扫描工作的速度快, 扫描周期相对于实际继电器的来说时间很快, 所以抖动信号就会被PLC检测到, 造成系统的误差。因此对于电路中的“抖动”现象必须进行处理, 防止“抖动”造成的系统故障。

输入信号X0如果发生抖动会引起输出Y0发生抖动, 在实际电路中可在程序当中加入计数器或定时器以消除这种干扰。消除输入信号抖动的梯形图程序如图1所示。抖动干扰X0断开时间间隔Δt<K×0.1s, 计数器C1不会动作, 输出继电器Y0保持接通, 干扰不会影响正常工作;只有当X0抖动断开时间Δt≥K×0.1s时, 计数器C1计满K次动作, C1常闭断开, 输出继电器Y0才断开。K为计数常数, 实际调试时可根据干扰情况而定。

2.5.2 故障的检测与诊断

大量的实践证明PLC本身的故障率要小于PLC外部输入输出设备的故障率。而且对于这些外部输入输出设备的故障, PLC一开始很难发现, 一般都是在故障扩大后造成强电保护装置工作运行时才会发现, 这种后果很严重, 有时会造成设备损坏和人员的伤亡。停机后需要花费很大的精力才能查找出故障的所在, 因此为了能及时发现故障, 在没有发生严重的后果之前使PLC自动停机并且报警显得尤为重要。采用PLC程序编程可以实现故障的自我诊断和处理, 方便及时发现故障, 从而排除故障, 不仅提高维修效率, 还保证了系统的安全稳定, 主要包括:

(1) 超时检测。

机械设备在启动或停止时所需的时间一般是变化不大的, 可以近似看做固定, 可以将这个时间值作为参考值, 在PLC程序内部进行一个定时器的编程, 将定时器的值设定为机械设备动作所需时间的1.2倍, 当PLC向外发出信号时, 对应的外部执行机构启动时同时启动定时器计时, 如果在定时器计时已经结束, 机械设备还没有启动, 则向PLC发出故障信号, 提示报警。例如, 假设某执行机构在正常情况下运行30s后应该驱动限位开关动作, 发出信号, 此时可以设定定时器的值为36s, 如果在36s后, 该执行机构还没有发出信号, PLC也没有接到信号, 则与定时器连接的常开触点就会发出故障信号, PLC发出停止正常循环程序的信号, 发出故障报警信号, 这样工作人员能及时发现系统出现设备故障并能很快找到故障所在, 以及时采取措施消除故障影响, 保证系统的稳定性。

(2) 逻辑错误检测。

在系统正常运行时, PLC的输入、输出信号和内部的信号 (如辅助继电器的状态) 相互之间存在着确定的关系, 如出现异常的逻辑信号, 则说明出现了故障。为了防止这种逻辑错误, 可以在程序编制时列出常见的异常逻辑关系, 如果检测到异常逻辑关系为ON状态, 则立即按故障情况处理。例如某机械运动过程中前后应该有两个限位开关动作, 依照系统要求这两个限位开关不能同时为ON状态, 如果两个限位开关同时为ON则说明其中有一个限位开关出现了错误, 此时应立即发出故障报警, 停机处理。

2.5.3 消除预知干扰

机械系统可靠性研究 第10篇

关键词　机械系统　可靠性

一、机械系统的特点及对可靠性的要求

可靠性研究最初是从四十年代研究电子产品故障开始的。经过四十多年的发展，电子产品可靠性技术体系已经比较完善和成熟，工程经验和数据资源比较丰富，电子产品的可靠性水平已有了很大提高。但随着系统的复杂程度和可靠性要求的日益提高，机械产品的可靠性问题越来越突出，特别是航空产品和军用装备，机械可靠性已成为全系统可靠性的薄弱环节，因此必须对机械可靠性进行研究。复杂机械产品都属于可修复人机系统，实际应用中其可靠性受环境条件、使用条件、维修方法和人的因素等的影响较大；同时，由于机械系统在故障理、模式、特性以及装配联接等方面不同于电子产品，导致机械产品可靠性具有以下特点：

1、机械产品种类多、功能复杂，各种设备都有其固有的要求，大多数零部件要分别进行设计，通用性差。在进行可靠性设计或可靠性预计时，往往没有现成的可靠性数据可以利用，而必须通过试验才能得到。

2、机械零件的加工过程多，大多数零件是单件加工，零件的质量因工艺过程、加工设备、操作者的技能等因素的变化而异，这势必给统计零件的故障率带来严重的困难。缺少“相似”设备，可靠性预计缺乏可借鉴的相似数据。

3、在机械产品实际工作过程中，由于产品的载荷、温度、压力和系统的工作条件的经常变化造成其失效模式多种多样，甚至同一种产品用在不同的地方所造成的失效模式也不同。因此，不能简单地用一种数学模型来处理。

4、机械产品，尤其是航空机械产品，其结构复杂，环境条件和工作条件变化范围大，在进行可靠性试验时，很难模拟产品的实际使用情况对产品施加综合应力。因此，通过场内试验求得的可靠性指标与外场使用可靠性值差别很大。

5、机械产品的失效类型多种多样，不能象电子产品那样，一般假定为指数分布，在目前人员水平还比较低的情况下，要把试验、使用数据处理成有用的数据，具有一定的困难。

6、变形、腐蚀、老化、磨损与疲劳构成了机械产品主要的失效机理，一般具有耗损特性。产品的这种失效机理是与产品的结构、材料、加工过程、工作条件和环境条件等综合因素密切相关的，往往不容易采用简单定量方法描述。

二、机械可靠性研究中存在的问题

现阶段在研究系统可靠性方面存在许多问题，概括起来主要有下述几点：传统的可靠性方法与理论主要是研究硬件的，因此人们能够准确地掌握有关系统硬件问题，而且已经形成了较为完善的、系统性较强的一整套的规范标准及技术方法，虽然这些成果通过对硬件的研究所取得的，并且这些研究成果还存在不完善不健全的地方，但是也已经过了几十年的发展历程，算是相对成熟了。硬件的控制与操作所作的程序与说明就是软件，它有着和硬件根本不同的物理特性。软件的可靠性、硬件的可靠性以及人的可靠性很大程度上都取决于环境。现阶段，人们已经掌握了系统可靠性与环境的极端值之间的关系，但对于系统可靠性与环境变化率之间关系的研究还尚处于初级阶段，还有待进一步研究。现阶段，我国的可靠性基础性工作尚未成熟，设计中所使用的指标过于抽象和综合，使机械可靠性和实际情况发生脱节。为解决这一问题，我们应当强化基础性的管理，充分考虑工程使用因素，走密切联系工程实践的可靠性道路。

三、研究机械使用可靠性的目的与意义

开展针对使用阶段可靠性的研究工作，具有十分重要的意义：第一，虽然在机械的设计、生产阶段就已经形成了机械的结构，但作为设计生产延续的使用阶段才是重点，为提高机械的可靠性，减少故障的发生率，我们必须重视对试用阶段可靠性的研究。第二，机械的使用、

维修条件是与其所处的环境密切相关的，而并非是一成不变的。我们只有通过对使用阶段可靠性的研究，才能促进维修结构及周期的不断优化。第三，机械设计中的不足是难以避免的。为提高机械的可靠性，我们必须重视机械的使用过程，强化对使用阶段可靠性的研究。对机械使用阶段的可靠性的研究意义深远：首先，有利于科学测定机械使用阶段的可靠性水平，以完成对机械设计可靠性的验证；其次，有利于研究机械可靠性与使用方法与条件的关系，以便制定科学的使用标准；第三，有利于提高机械的利用率，延长机械的使用年限；最后，对机械使用阶段的可靠性研究所获取的数据能促进机械的改进。

（作者单位：辽东学院）

参考文献：

[1]杨志飞，李平等著.以故障为中心的工程可靠性[M].国防工业出版社，1995.

[2]杨为民主编.可靠性维修性保障性总论[M].国防工业出版社，1996.

[3]高连华等编.装备系统设计与保障性[M].国防工业出版社，1993.

[4]四川省机械工程学会编译.机器可靠性[M].四川人民出版社，1983.

[5][英]J莫布雷著，石磊，谷宁昌译.以可靠性为中心的维修[M].机械工业出版社，1995.

[6]陈学楚主编.维修基础理论[M].科学出版社，1998.

论DCS控制系统可靠性的提高 第11篇

DCS为分散控制系统的英文缩写, 上世纪八十年代中后期, 我国开始在成套引进的发电机组上应用DCS, 至目前, 无论是大机组还是供热的小机组, DCS的应用已越来越广泛, 为电力生产的安全、经济运行做出了巨大贡献。对于各个电厂来说, 控制系统的可靠性对整个电厂的安全可靠性是生死攸关的, 如何尽可能的提高DCS的可靠性, 从而保证电力生产的安全和经济已成为一项越来越重要的工作。本文从DCS控制系统角度, 从控制系统选型、设备安装、程序设计和调试验收以及技术培训等方面, 就如何提高整个DCS的可靠性进行了阐述。

2 DCS控制系统选型

不论在新建机组还是老机组进行的控制系统改造, 均面临着尽可能质优价廉地选择理想的控制系统的问题。在此, 我们姑且撇开控制系统的价格, 仅从提高可靠性要的角度来考虑, 在DCS选型过程中需要注意以下各方面的问题:

2.1 在选择DCS控制系统时要优先考虑有在类似机组上良好运行业绩的控制系统, 这样的控制系统通过了工厂试验和实际投运, 其可靠性得到了时间的检验。

2.2 控制系统的硬件一定要具有高可靠性, 在电子元器件上的生产工艺各环节上采用了成熟技术, 电子模件最好能热拔插。控制器的运算和存储能力要足够, IO卡件具有很强的抗干扰能力。

2.3 控制系统从结构上要充分地采用冗余技术。对于控制系统的控制器、网络通讯等必须冗余, 且各冗余设备之间必须能实现无扰切换。采用冗余结构不仅能避免控制系统的局部故障扩大事故, 保证机组安全稳定运行, 同时也保证设备故障的在线排除, 从而消除事故隐患。

2.4 控制系统软件的可维护性要好。尤其是以下几个方面:程序及软件的稳定性好, 不会出现系统或单个控制器死机等问题;系统自诊断性好, 控制器及I/O信号有出错报警;人机交换友好, 可以在线修改程序及下装;备品备件有可靠保证, 在15年内采购容易且周期短, 价格低;控制系统软件的可读性好, 其组态功能块的功能是否能轻易实现DCS控制系统的各种工艺功能的需要。

3 施工工艺和质量

对DCS控制系统的安装有严格规定, 选择有良好资质和施工经验的施工单位尤其重要。控制系统选型一旦确定后, 施工单位的技术人员要一同介入控制系统设计、出施工图、制定施工措施和进行技术培训等。工程开工前, 必须根据工期要求, 制定严格的进度计划, 并要求施工单位组织好施工力量, 拿出他们的施工方案。在DCS安装、调试中尤其注意以下问题:

3.1 施工中要注意盘柜与地的可靠绝缘和盘柜母线的可靠接地, 同时对孔洞等必须做防火处理, 盘柜等要有防振动措施。

3.2 敷设电缆时尤其要注意强电弱电分开, 屏蔽线的可靠接地和抗干扰。在布线过程中一定要按照设计图纸施工, 在接线中, 电缆及芯线标记要清晰完整, 能长期保持;压接端子必须用绝缘管预装端头处理。

3.3 要严格控制电子设备间的环境条件, 注意搞好消防、空调、通风及照明等工作。尤其要提的是通风和空调, 由于DCS控制系统温度要求严格, 所以应尽早将空调系统投入运行, 空调的出风口不能正对机柜或DCS其他电子设备, 以免冷凝水渗透到设备内造成危害;同时, 电子卡件决不允许有粉尘进入, 所以, 要求电子间能一直保持环境清洁和滤网干净, 注意除湿和调整好温度。

4 程序设计和调试验收

在程序设计和验收过程中, 要充分调动全体员工的积极性, 使大家尽可能多地对DCS控制系统进行了解、熟悉和掌握。在组态和验收中, 要特别注意以下问题:

4.1 在程序组态设计中, 一定要采用保障机组安全运行控制策略。保护或连锁的逻辑判据必须是充要的。对汽轮机转速、汽轮机润滑油压力等, 宜采用硬接线保护和软件保护相结合, 建议采用常闭信号, 以确保保护的可靠投入;对重要的三取二保护信号, 要采用模拟量和开关量进行组合, 在保证重要主设备安全的前提下, 建议尽可能采用常开信号, 以避免保护的误动作。

4.2 在控制系统选型、设计、测试、验收、投入运行和在线调整各阶段, 程序设计和测试人员一定要全程参与, 要结合类似控制系统使用中存在的问题, 严格审核保护控制逻辑设计和组态的合理性。测试中一定要全面测试所有的回路, 要仔细记录各次检查和试验结果, 若发现与软件相关的问题要立即与供应商取得联系, 并将情况完整地反馈给他们以尽快解决问题。

4.3 要有必需的后备手段:重要的保护和联锁, 出了有通讯连接外, 还必须具有硬接线方式;对重要的调节设备, 除了在操作员站上有软手操外, 还必须有后备手操, 以便在DCS控制器或I/O模件发生故障时, 仍可以对重要设备进行及时干预。

5 人员管理和技术培训

DCS选型一旦确定后, 在进行系统搭建、硬件测试和和程序组态前, 必须对有较强实践经验的热控工程师和运行操作人员进行相关的培训工作, 培训工作必须以仿真机和实际系统相结合, 做到有的放矢。

5.1 对操作人员的培训:

由于操作不当可能影响DCS硬件或软件性能, 会间接影响机组的安全行和经济指标, 所以在DCS做画面过程中要广泛征求运行人员的意见, 让他们参与设计和调试, 以让他们充分熟悉控制界面的操作变化, 知道如何操作。对启停设备、手/自动切换等日常性操作和事故预想, 应编制完整的操作规程, 进行技术培训和演练, 要充分利用DCS控制系统调试阶段对相关运行人员进行全面培训。

5.2 对热控人员的培训: