PLC自动化控制系统在化工工业应用的可靠性探析

摘要：化工工业中PLC控制系统在化纤生产过程中的聚合车间工序的控制,在硫酸生产过程中温度的控制等方面有着最为重要的作用。随着化工行业的发展,生产逐步趋向于复杂化、高速化和自动化,为了保证生产稳定、可靠、安全地进行,生产过程的参数检测和自动控制要满足更高要求。PLC(可编程序控制器)系统对生产过程控制系统的设计、机械安全的保护等发挥着重要作用。文章PLC控制系统组成及工作原理的基根据作者工作实践经验在简单概述了PLC系统的原理和构造外重点阐述了PLC控制系统硬件和软件的设计,以及在化工自动化系统中应用的现状进行分析。

关键词：PLC自控系统；化工；可靠性分析 1 PLC自动化控制系统的的概述

PLC自动化控制系统是一种即时系统有别于个人电脑传统式以继电器为主的电机控制系统中,每当变更设计时,整个系统几乎都要重新制作,不但费时又费力同时由于继电器还有接点接触不良、磨损、体积大之缺点,因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题.为了改善这些缺点,美国DEC在1969年首度发表可程式控制器(Programmable Controller). 程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic-Controller)简称PLC,最先的目的是取代继电器,执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主,所以也称顺序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为Programmable Controller,即可程式控制器,简称PC,由于目前个人电脑(Personal Computer)极为普遍,加上常与可程式控制器配合使用,为了区分两者,所以一般都称可程式控制器为PLC以加区别.目前市面上PLC种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异,但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型而一般工厂及学校通常使用小型PLC,其内部处单元包括CPU、输入模组、输出模组三大部门,PLC的CPU会经由输入模组取得输入元件所产生的讯号,再从记忆体中逐一取出原先以程式书写器中输入的控制指令,经由运算部门逻辑演算后,再将结果过输出模块加以驱动外在的输出元件

2自动化控制PLC的可靠性设计分析

可编程序控制器（plc）因其通用性好，实用性强，PLC系统是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和可靠性很高，plc整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算技术的发展，plc的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装plc系统过程中采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果plc的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响plc的正常、安全、可靠的运行。plc控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，plc系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究plc应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高plc控制系统的可靠性，一是在硬件上采取措施;二是在软件上设计相应的保护程序;因此，plc控制系统的抗干扰非常重要。本文将主要探讨plc控制系统中常见的干扰源及其防范措施。 3 PLC自动化控制系统干扰分析

plc系统的干扰源根据其来源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;数字地、模拟地和系统地处理不当。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;其它设备通过电容耦合串入控制系统而引起的干扰等。按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧，雷击和静电产生的火花放电，接触器线圈、断电器线圈、电磁铁线圈等感应负载断开时产生的浪涌电压，外界的高频加热器、高频淬火设备、杂乱无线电波信号、电源电压的波动等等，这些都是能够使plc出现误动作的典型干扰源。主要的干扰源主要有：

（1） 常模干扰，连接在线路上的感性负载或感性电器设备产生的反电势称之为常模干扰，它主要存在于电源线和输入、输出线上，也叫线间干扰

（2）共模干扰。电源线、输入/输出信号线与接地线之间所产生的电位差会对plc内部回路与各线路的外部信号之间的寄生电容进行放电，引起plc内部回路电压剧烈波动，这种干扰称为共模干扰。各导线上感应电弧、高电位的感应电压、电波和静电等均为共模干扰源。寄生电容的容量越小，plc内部回路电压波动也越小。

4在化工厂环境中PLC自控系统可靠性预防措施

化工生产工艺通常具有强腐蚀，高温，高压易燃易爆等特性。因此对化工设备的可靠性稳定性要求很高，通过PLC自动控制设备和化工生产工艺控制的结合，有效的控制了化工生产每个环节的设备的安全可靠性。但PLC系统也会因为环境，电磁干扰，接地等问题在应用可靠性能上有很大误差。为了提高PLC自控系统可靠性我们在化工厂应用PLC系统应主要一下几个问题： （1）环境对PLC性能的影响

PLC的环境温度都有一定的规定。通常PLC允许的环境温度约在0~55℃。因此，安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间。PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85%，以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。不宜把PLC安装在有大量污染物、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。如果只能安装在这种场所，在温度允许的条件下，可以将PLC封闭；或将PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。 （2）正确良好的接地

正确的接地也是PLC可靠运行的重要条件。通常情况下PLC系统最好使用单独接地，在不具备条件的情况下也可与其他设备公共接地但严禁与其他设备进行串联接地。良好的接地可以抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，避免偶然发生的电压冲击对PLC的危害。PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻应是越小越好，接地电阻要小于10Ω。 （3）有效的抗电磁干扰

plc控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰，共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130v以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些plc系统i/o模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间

耦合感应及由不平衡电路转换成共模干扰所形成的电压，这种电压叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。为了保证plc控制系统在工业环境中免受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结束语

PLC在化工设备的应用上与智能仪表、智能执行装置（如变频器），联网通讯，交换数据，相互操作。可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或更大。可组成局部网形成一个智能仪表控制平台从而有效的提升了化工工业的安全生产，而PLC系统的可靠性是至关重要的，也是今后各种型号PLC系统发展突破点。

参考文献：

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[2]赵敏鹏.PLC控制系统可靠性设计[J].科技风,2012(1).