1、1可编程控制系统的可靠性分析王艳海山西平阳机械厂摘要：本文论述了可编程控制系统的可靠度计算，故障特性，故障分布及处理方法。关键词：可编程控制器 可靠性生产过程的自动化程度越高，对整个系统的可靠性要求也就越高。可编程控制器本身可靠性很高，但组成的控制系统由于工作在工业环境下有时会出现一些问题。在我们处理这些问题和设计系统时应对系统可靠度事先有一些认识。1. 可靠度的计算系统可靠度计算主要是为了设计选型时做比较和参考，系统单位时间内出现失效或者故障的次数 称为故障率，将系统连续工作到 t 时刻的概率 R(t) 称为可靠度，二者关系为 R(t)=e-t1.1 串联结构的可靠度 控制系统有几个独立部分
2、“串联”而构成时,当其中一部分失效就会造成整个系统的失效,如图 1 所示。表示电源，为中央处理器，为扩展箱的通讯或远程扫描适配器，表示远程机箱上输入、输出模板的总合。由 1、A 、 、 构成的系统其可靠度为：R(t)=R1(t)R2(t) R3(t) R4(t)= e-1t e-2t e-3t e-4t =e-t= 1+ 2+ 3+ 4 其平均故障间隔时间（平均寿命）为:。 .2 并联结构的可靠度 A21、A 为中央处理器，两种并联作冗余系统时，并联方式如图所示。一台处理器进入控制的全过程，即输入与输出都起作用，而另一台仅有输入过程，屏蔽输出过程；其可靠度计算为：R(t)=e -t 2-e-t
3、 =1-(1- R) MTBF=3/22.3 独立系统联合运行结构在此结构中，几个系统均有 CPU 中央处理器，是智能型的控制独立系统，其优点是每个系统允许切除而不影响整体，这样对于整个系统几乎可以做到边生产边维护，这种结构可靠度远远高于理论的计算，如图 3 所示。2可编程控制器的故障特性可编程控制器组成的生产过程控制系统，尤其现在组成系统时常配有工作站，屏幕图形显示操作功能。这样的系统，故障发生时，其失效率（故障率）和时间有一定的关系。该系统使用时间分为三个阶段，早期、中期、损耗期。2.1 早期故障 早期故障多出于系统设计，由于工艺缺陷，制造失误，元气件质量差和其筛选不严格等原因造成的，构成
4、一个系统要经过一段时间的“磨和” ，在这段时间里要尽早找到不可靠因素，使系统稳定运行。2.2 中期故障 系统进入生产运行阶段，应是系统运行稳定的时间，这一段时间可能持续很长，这是系统的最佳状态。在这段时间比较多的是暴露机械设计的故障，以及这些故障反过来影响可编程序控制器系统 I/O 模板，损坏现场检测仪器。如果这段时间内，类似故障亦能顺利排除，控制系统就能很快地进入到系统设计生产能力的运行阶段。这段时间里 ，大多以正常维护和例行检查为主。32.3损耗期故障 系统经长时间运行进入损耗故障期，这一时期故障率开始上升，构成系统的部件开始老化、寿命衰竭而导致系统失常。在实践经验中把这一部分称为“易损件
5、” ，如果事先能知道，检查和发现及时，更换了某些部件，整个系统就能平安运行。例如个人计算机易损部件是硬盘和 CRT 显示屏幕及操作键盘中的某些按键失灵，这类故障只要更换部件即可。PLC 控制系统经常应用于间歇式投产使用，某些情况下注意检查备份用户软件及更换锂电池。3. 可编程控制系统的故障分布为了延长可编程控制器组成的生产过程控制系统的寿命，在系统设计和生产使用阶段要对本系统的设计消耗，元气件故障发生地点有较清楚的认识，即要知道整个系统哪些部分最容易出故障，以便采取措施。如图 4 为一系统故障分布的估计，图中所示“系统故障”是指整个生产过程系统失效的总合，它分为可编程控制器和现场生产设备两部分
6、。可编程控制器系统是指中央处理器，主机箱，扩展箱及相关的网络及外部设备。它的故障大约占系统故障率的 5%，而在4这 5%的可编程控制器故障之中，I/O 模板的损耗或故障占 95%。余下的 5%才是可编程控制器主机系统的本身故障。可编程控制器主机系统最容易发生故障的地方在电源系统和通讯网络系统。电源连续工作，散热中电压波动和电流波动冲击是不可避免的。通讯及其网络受外部干扰的可能性很大。可编程序控制器本身薄弱环节在 I/O 端口，它占主机系统故障率的 95%。整个系统最容易发生故障，地点在现场，根据工程经验，在图中大致列出现场最引人注意故障地点。通过以上可靠性的分析，了解故障发生时间及可编程控制系统故障分布便可在实际设计维护时，能正确处理系统所出现的问题。参 考 文 献1 皮状行，宫振鸣，李雪华等。可编程序控制器的系统设计与应用实例。 机械工业出版社。2001.12 张聚才，郝志信，PLC 控制系统的抗干扰设计。电子与自动化.1997.（4）
