评估和设计支持

电路评估板

CN－0414电路评估板（EVAL－CN0414－ARDZ）

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ADALM－UARTJTAG板

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电路功能与优势

可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）被用于监测和控制工业自动化应用中的智能（支持HART）和模拟现场仪器仪表。

图1所示的电路是一个简单的DCS系统，由一台主机、一个单节点、两个4通道隔离模拟输入板和两个4通道隔离模拟输出板组成，这些板由Arduino尺寸基板在本地管控。RS－485收发器连接至PC或其他主机，如此，用户可以使用Modbus协议与节点交换数据。

模拟输入数据从本地读取，通过使用行业标准Modbus协议的串行接口提供，确保在一系列软件应用和库中，保证数据完整性和可兼容性。同样地，模拟输出通过向Modbus寄存器写入来置位，然后被转换为模拟电压或电流信号。

每个节点可以支持4个模拟输入和输出板的组合。如图2所示，最多16个节点的多节点系统在设计时，可以使用提供的硬件和软件基础架构。该电路支持点对点HART通信，可以扩展为多分转站HART网络，在同一通道上集成多个HART器件。

每个板（4个一组）的模拟输入和模拟输出都实施电气隔离，模拟输入支持开路检测，简化了故障检测和诊断过程。在严峻的工业自动化环境中使用时，这些功能可以增强可靠性和耐用性。

咱们买东西的时候一般会考虑三个因素，好用、便宜、耐用。对于控制系统来说，很多人在项目设计阶段更多的考虑性能和价格，而忽视了在运行阶段的稳定性和可靠性，也可以理解为是否耐用。其实，在整个系统的总体拥有成（PLC生命周期包括设备的选型、采购、设计、安装调试、维护维修、服务等环节，总体拥有成本TCO）里面，后期维护所占的比重还是非常大的。

PLC控制可靠性是指PLC与其被控对象结合，组成系统的可靠性。系统的目的也是在规定的条件下与规定的时间内，所能完成的规定功能。本文简要介绍了PLC自动控制系统的应用，分析了PLC控制系统的可靠性设计方法，并探讨了提高PLC自动控制系统可靠性的有效途径。

可见的维护成本只是冰山一角

从20世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电器一接触器控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。

1、PLC在自动控制系统中的发展

1968年美国最大的汽车制造商―通用汽车（GM）公司，为适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器一接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法和程序输入方式加以简化，使不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司（DEC）于1969年率先研制出第一台可编程序控制器（简称PLC），在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形成系列，而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。PLC另一个突出优点是可靠性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。当前PLC已经成为电气自动控制系统中应用最为广泛的核心装置。

2、PLC自动控制系统的可靠性设计

在生产设计过程中。为赋予产品可靠性而进行的工作称为可靠性设计。在整个设计过程中，把可靠性问题考虑进去，比产品投入生产以后发现不可靠因素进行改进要好的多。因为后者往往要在改变工夹模具、材料、工艺等方面付出很大的代价。

可靠性设计的主要内容包括制订可靠性指标，可靠性预测，可靠性分配以及与提高可靠性有关的具体设计工作和可靠性审查。

对可靠性特征量的要求称为可靠性指标。制订可靠性指标的工作包括确定指标项目和指标数值。一种产品的可靠性要求常常需要用几项指标来反映。指数分布失效的可靠性指标可用失效率或MTBF来表示；对于早期失效和耗损失效宜用可靠度和可靠寿命来表示；对于控制装置等可修复产品常用的还有有效度，即产品能工作的时间与能工作时间加不能工作时间之和的比值来表示。同一产品的可靠性特征量因条件、时间、功能而不同，因此在规定可靠性指标时必须明确是对应于什么条件、时间、功能的指标。例如对于接触可靠性指标必须规定负载电压、电流；规定偶然故障失效率必须同时规定偶然失效期延续时间即有效寿命。

3、自动控制系统可靠性的提高途径

1）自动控制系统方案的选择

在选择方案时，应考虑尽量减少控制元件数、接点数和焊点数，以降低系统的失效率。采用可编程控制器（PC）来代替由继电器等组成的控制柜可以提高系统的可靠性。在比较可编程序控制器和继电器控制柜两种方案时，除了购置价格以外，还应充分估计前者在提高可靠性、缩短开发周期和减小工作量以及节省维修时间等有利因素。

2）控制元件的选用

正确选用控制元件的品种、规格是提高元件使用可靠性的关键。为此必须深入确切地了解和分析机床对电气控制系统的要求和系统对控制元件的要求。并且收集和消化控制元件制造厂提供的技术材料，如果这些资料不能满足选用的要求时，机床制造厂可按实际使用的条件对控制元件进行试验以确定是否合用。由于选用不当影响可靠性的例子有：忽视输入或输出的机械参数，例如选电磁铁时未考虑所拖负载的力――行程特性，选限位开关时未考虑撞块速度；选接触器时未考虑点动、反接制动的工作方式；选继电器时未考虑能做到可靠接触的额定最低工作电压和额定最小工作电流；选短路保护电器（包括熔断器）时未考虑对接触器等触头的保护；选控制变压器时未考虑漏阻抗在电磁系统起动电流情况下的压降等。

3）控制元件的工作环境

工作环境对可靠性有很大的影响。尘埃不但会引起电接触故障，而且可以降低绝缘性能、增加交流磁系统极面粘住的危险，因此必须采用必要的防尘措施。对于对可靠性要求较高的系统，控制元件应装入尘埃不能侵人的罩壳或电柜内。机床上的控制元件常工作在有润滑油或切削油的地方，这时必须选用防油型电器或采取防油措施。

4）筛选和预防性更换

为了减少系统的早期失效，机床制造厂可以对控制元件进行筛选，即使每台元件在实际使用条件下连续工作一定次数，把失效产品排除，以减少装到系统中的元件早期失效。元件进入耗损失效期以后，失效率将明显上升。为了防止这种情况影响系统的可靠性，可以在有效寿命（或偶然故障期）将结束时，不管元件是否损坏，也进行更换。采用筛选和预防性更换，可以保证系统中的元件工作在偶然失效期内，在这个前提下才可以用元件的偶然失效率来计算系统的失效率。

5）现场失效调查

提高可靠性的办法，从根本上来说，应以现场失效调查和分析着手。和一般的产品设计和计算工作不同，可靠性设计不可能只通过理论和计算取得需要的结果，保证可靠性的程度取决于对使用现场实际发生的失效的了解（包括其深度和广度）。实验室试验也是取得失效数据的一个方法，但由于试验的内容、方法和条件限制，故只能是对现场使用情况的一个近似的模拟，它不可能代替使用现场失效情况的调查分析。脱离了现场条件的可靠性试验是没有实际意义的。

PLC可靠不等于PLC控制系统可靠。PLC控制系统比单独的PLC复杂。系统复杂，出现故障的可能性就大，可靠性将降低。PLC控制系统不是PLC及其被控对象简单地相加，而是两者有机的结合。结合得好，才可靠。PLC控制系统也不等于PLC及其被控对象全面结合，只是与实施控制有关的才需要结合。