控制系统 可靠性 航天【网络PLC控制系统存在的问题及可靠性研究】

来源:总结汇报 发布时间:2019-04-03 06:29:00 点击:

  自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
  1、网络结构可编程序控制系统的基本结构
  网络结构可编程序控制系统的典型结构如图1所示。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  图1可编程序控制系统典型结构
  中央控制单元一般采用工业计算机,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、工艺流程图显示、各装置结构图显示、数据修改、故障诊断、自动报警、历史事件记录、系统累计运行时间统计等。
  可编程序控制器对现场进行实时监控具有很高的可靠性,且编程简单、灵活,因此下位机一般采用可编程序控制器。根据控制对象的多少、控制对象的范围,对网络结构的PLC控制系统一般可选用多台PLC进行控制。
  工业计算机和可编程序控制器之间采用串行通信方式进行数据交换。可编程序控制器之间利用内部寄存器实现数据交换和共享。
  工业计算机和可编程序控制器采用了模块化、标准设计,设备本身具有较强的抗干扰能力,能灵活地组成各种工业控制系统,而且编程简单,性能价格比高,在工业控制领域,特别是具有一定危险性的工业领域(如剧毒的航天器推进剂的生产和应用领域),得到越来越广泛应用。
  2、 现行可编程序控制系统存在的主要问题
  虽然计算机和可编程序控制器本身具有较高的可靠性,但是由它们组成的控制系统往往存在较多的问题,其突出的问题是:
  ①控制系统不稳定,调节及执行机构处于反复动作状态;
  ②控制状态不正确,执行机构未能按设计的状态进行控制,经常出现误动作。
  这些问题的存在,经常造成工业事故,给设备和人员造成得大危害。如某年,某航天发射场的废气处理装置的可编程序控制系统,由于温度传感器的输出信号线接地,使处理器的温度失控,造成废气大量进入处理炉,严重污染了该地区,对参加航天试验的专家们的身心健康造成了一定危害,并对参试设备构成了损害。
  因此,分析影响可编程序控制系统可靠性的因素,解决可编程序控制系统运行中存在的可靠性问题,对设计和应用可编程序控制器是十分必要的。
  二、影响可编程序控制系统可靠性的主要因素
  在实践中,我们发现影响控制系统不稳定和控制状态不正确的主要因素如下(不包括工业计算机和可编程序控制器本身的问题):
  1、控制现场传输给可编程序控制器的信号存在较大误差或不正确。
  控制现场传输给可编程序控制器的信号存在较大误差或不正确,是影响控制系统不稳定的主要因素,而且这种影响对控制系统的危害是直接的、重大的。造成这种现象的主要原因有:
  ①从传感器至可编程序控制器输入模块的信号线短路、断路或接地,造成现场信号无法传送给PLC或者传输了错误的信号;
  ②现场传感器和变送器使用不正确,在有较大噪声干扰的场合使用低抗干扰的传感器和变送器,导致变送器反映现场非电量偏差较大或无法工作等,会使控制系统不能正常工作;
  ③机械开关自身出故障,如触点接触不良,机械触点抖动,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作,导致出现错误控制结果。
  2、可编程序控制器输出模块的执行机械未按控制要求动作。
  控制执行机构按一定的规律进行动作是控制系统的主要目的,执行机构未按控制要求动作,是控制系统控制失败的具体体现。影响执行机构出错的主要原因有:
  ①控制负载的接触器不能可靠动作,虽然计算机和可编程序控制器发出了动作指令,但执行机构并未按要求动作;
  ②从可编程序控制器输出模块至执行机构的信号线短路、断路或接地,造成现场信号无法传送给执行机构或者传输了错误的信号;
  ③执行机构的元器件选择不当;
  三、提高可编程序控制系统可靠性的对策
  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。同时,可编程序控制器或工业计算机应能及时发现问题,用声、光、电等报警办法提示给操作人员,尽快排除故障,使控制系统正确、可靠、安全地作。
  1、设计完善的故障报警系统
  在自动控制系统的设计中,设计多级故障显示报警系统;
  1级报警系统可设置在控制现场各控制柜面板上,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闪烁。
  2级故障显示报警系统可设置在主控制室内,当控制系统出现故障时,信号箱用声、光报警方式提示工作人员,及时处理故障。
  3级故障显示报警系统可设置在中央控制室的主监视器上,当控制系统出现故障时,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。
  2、提高控制系统输入信号的可靠性
  要提高控制现场输入给可编程序控制器的信号的可靠性,首先要选择适合被控对象的、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,在设计和安装传感器、变送器、各
  
  
  种开关、执行机构时,要采取减振措施,防止其它振动信号进入测量和控制系统,造成不必要的控制失误。
  第三,在程序设计时增加数字滤波程序,提高输入信号的可信性。对开关信号,在现场输入触点后加一个定时器,定时时间按控制系统要求的响应速度和触点抖动情况,通过实际调试确定,保证触点确实稳定闭合后,才有其它响应。对现场模拟信号连续采样3~5次,采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定,采样数据分别存放在不同的数据寄存器中,当最后一次采样结束后,对几次的数据进行预处理,处理后的数据作为本次采样结果存放的数据寄存器。
  第四,根据被控对象自身的特点,利用信号之间关系来判断信号的可信程序。如对航天发射的液体火箭推进剂加注系统进行液位控制时,因其储罐的尺寸是确定的,进液或出液的阀门开度和压力可精确测定,那么,在一定时间里,贮罐内推进剂的液体液位变化范围也是可以估算出来的;如果这时液位计送给PLC的数据和估算液体高度相关较大,就可以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可编程序控制器,这个信号是否真实可靠,在程序设计时我们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。
  在控制系统硬件和软件设计时采用上述方法,可以大大提高、输入信号的可靠性。

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