可編程序控制器（以下簡稱PLC）是在程序控制器和微機控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。從廣義上講，PLC是一種計算機系統(tǒng)，比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動化控制系統(tǒng)的基本裝置。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械、冶金、化工、汽車、輕工等行業(yè)中，已基本取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸器的邏輯控制。用PLC來控制系統(tǒng)設(shè)備，其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就PLC本身而言，平均無故障時間一般已可達3～5萬小時；而三菱的F系列，據(jù)稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個PLC控制系統(tǒng)的可靠性，主要取決于PLC的外圍設(shè)備，比如輸入器件中的行程開關(guān)、按鈕、接近開關(guān)，輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。下面就如何提高數(shù)控機床PLC控制系統(tǒng)的可靠性進行一些探討。

2 工作環(huán)境的要求

　　一般PLC工作的環(huán)境溫度應(yīng)在0~55℃的范圍，并要避免太陽光直接照射；安裝時要遠(yuǎn)離大的熱源，保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件；空氣的相對濕度應(yīng)小于85%，不結(jié)露，以保證PLC的絕緣良好。PLC應(yīng)避免安裝在有振動的場所；對振動源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說明書的要求，安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施?？諝庵杏蟹蹓m和有害氣體時，應(yīng)將PLC封閉安裝。

3 數(shù)控機床PLC接地要求

　　數(shù)控機床的接地系統(tǒng)有兩類: 安全接地和工作接地。安全接地是用導(dǎo)線將設(shè)備易觸碰的部分與大地( 零電位點) 連接起來, 其目的是保護操作人員的安全,以免觸電。工作接地是為電子設(shè)備提供公共的電位參考點, 工作接地包括機殼接地和電路接地, 電路接地分為弱信號電路接地和強信號電路接地。對PLC 系統(tǒng)來說又可分為邏輯電路接地和功率電路接地, 各部分線路之間又有串聯(lián)方式和并聯(lián)方式等。PLC的良好接地是正常運行的前提。在設(shè)計時，PLC的接地應(yīng)與動力設(shè)備的接地分開，采用專用接地；如不能分開接地時，應(yīng)采用共用接地；絕對禁止采用共通接地方法。如圖1所示，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC，接地線的線徑應(yīng)大于4mm2，接地電阻一般應(yīng)小于10Ω。

圖1 接地方法

　　PLC的接線包括輸入接線和輸出接線。輸入接線的長度不宜過長，一般不大于30m；在線路距離較長時，可采用中間繼電器進行信號的轉(zhuǎn)換。輸入接線的COM端與輸出接線的COM端不能接在一起。輸入接線與輸出接線的電纜應(yīng)分開設(shè)置。必要時，可在現(xiàn)場分別設(shè)置接線箱。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜；屏蔽層的接地端應(yīng)為一點接地，接地點宜在控制器側(cè)。

4 PLC的I/O電路要求

　　由于PLC是通過輸入電路接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號，因此輸入電路的元器件質(zhì)量的好壞和連接方式直接影響著控制系統(tǒng)的可靠性。數(shù)控機床上的機械限位開關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件。在設(shè)計時，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機械限位開關(guān)。

5 PLC的軟件程序要求

　　為了提高PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性，可以專門設(shè)置一個定時器，作為監(jiān)控程序部分，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測。若程序運行能正常結(jié)束，則該定時器就立即被清零；若程序運行發(fā)生故障，如出現(xiàn)死循環(huán)等，該定時器在設(shè)定的時間到就無法清零，此時PLC發(fā)出報警信號。在設(shè)計應(yīng)用程序時，使用這種方法來實現(xiàn)對系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如果用PLC來控制某一對象時，編制程序時可定義一個定時器來對這一對象的運行狀態(tài)進行監(jiān)視：該定時器的設(shè)定時間即為這一對象工作所需的最大時間；當(dāng)啟動該對象運行時，同時也啟動該定時器。若該對象的運行程序在規(guī)定的時間結(jié)束工作，發(fā)出一個工作完成信號，使該定時器清零，說明這一對象的運行程序正常；否則，屬運行不正常，發(fā)出報警信號或停機信號。監(jiān)控程序的梯形圖如圖1所示。圖1中定時器T1為檢測元件，X001為控制對象動作信號，X002為動作完成信號，M2為報警或停機信號。假設(shè)被控對象的運行程序完成一次循環(huán)需要50s，則定時器K值可取510（T1為100ms定時器）。當(dāng)X001=1時，被控對象運行開始，T1開始計時；如在規(guī)定的時間內(nèi)被控對象的運行程序能正常結(jié)束，則X002動作，M1復(fù)位，定時器T1被清零，等待下一次循環(huán)的開始；若在規(guī)定時間沒有發(fā)出被控對象運行完成的動作信號，則判斷為故障，T1的觸點閉合，接通M2發(fā)出報警信號或停機信號。

圖2 檢測程序

6 數(shù)據(jù)和程序的保護

　　大部分PLC 都采用鋰電池支持的RAM 來存儲用戶的應(yīng)用程序。這種電池是不
可充電的,壽命一般為5 年左右, 一旦用完, 應(yīng)用程序?qū)⑷縼G失。因此, 較可靠的辦法把調(diào)試成功的程序用ROM寫入器固化到EPROM/ EEPROM中去。應(yīng)用程序的備份, 如軟盤或PROM/ EEPROM等必須小必保存。

7 冗余設(shè)計和降級操作設(shè)計

　　冗余設(shè)計可采用熱后備或冷后備方式。熱后備方式操作時，冗余的后備系統(tǒng)也同時運行，兩者輸出的結(jié)果一致時，表示系統(tǒng)是正常運行的；一旦結(jié)果不一致，則發(fā)出警報信號，同時，根據(jù)自診斷的結(jié)果，切換到正常的系統(tǒng)去。冷后備方式操作時，冷后備系統(tǒng)不運行，它在自診斷檢測出運行系統(tǒng)故障后才切入后備系統(tǒng)。對PLC來說，冗余系統(tǒng)的范圍主要是CPU、存儲單元、電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，只有在可靠性要求很高時，才會包括輸入輸出單元的冗余等。降級操作是指在設(shè)計時，將手動操作包括在內(nèi)的設(shè)計，即對部分或全部設(shè)備進行手動的開停操作，以避免設(shè)備的損壞或?qū)θ藛T的傷害。此外，在設(shè)計中也可考慮從全自動到半自動、直至手動的操作等。

8 結(jié)束語

　　提高數(shù)控機床PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施有多種方法,本文僅對常用的保護措施進行了探討。只要在實際開發(fā)過程中, 充分考慮到對數(shù)控機床PLC 的各種不利因素, 在硬、軟件的設(shè)計中采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施, 就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。