双控制器冗余设计：提高PLC系统可靠性

为保证控制系统可靠地工作，除选用高性能PLC，并使其在允许的环境下工作以外，对系统采取冗余措施也是预防故障发生的有效手段。

1.环境条件与双控制器冗余设计

（1）环境条件的冗余设计

PLC控制器一般都要求在一定的环境条件下工作，如工作温度一般是0～55℃，最高为60°C，但是为保证它的可靠性，要求环境温度最好能控制在30°C以下，即给PLC留有了三分之一的余量。如此，即使环境温度出现波动，PLC仍能正常工作。同理，其他环境条件也有类似的余量要求。

（2）双控制器冗余设计

对广大用户来说，PLC控制器就是一个黑盒子，一旦出现故障，往往束手无策，为此建议采用双控制器并列运行方式，即把两台控制内容完全相同的控制器接入电路，输入、输出也分别做出相同连接。当某一台控制器发生故障时，可自动或手动切换到另一台控制器继续工作，确保系统不会因故障而停机。此处需说明一点，该方案仅适用于规模小、输入输出量少、布线简单的控制系统。对于大规模控制系统，则会由于配线复杂，成本增加较多而受到限制。

2.双机双工热后备控制系统冗余设计

用两台完全相同的PLC构成同一控制系统，其中一台工作，一台备用，并且起控制作用的PLC同时还要把控制信息传递给备用PLC控制器。运行时，由监控器实时监视两台PLC的工况，并比较它们的执行结果。当起控制作用的工作机出现故障时，监控器把控制权交给备用控制器，并关断工作机的控制，发出故障报警信号，这就是所谓的双机双工热后备控制系统。需要说明的是，该系统仅限于控制器的冗余，I/O通道仅能做到同轴电缆的冗余，不可能把所有的I/O口都冗余，全部系统都做冗余考虑的情况非常复杂，使用场合也较少。

当然，也有采用冷后备控制系统的，即备用机平时不通电，只有当工作机出现故障时，才人为接通备用机电源，并将控制权移交给它，然后切除工作机。此系统的优点是不需要监控器，投资少、消耗小。缺点是工作机故障需要停运系统，并人为加载后备机程序，系统可靠性也较热后备差些。(www.xing528.com)

3.把继电器控制盘作为后备系统使用

在老系统改造场合，一方面可以根据系统规模大小，决定采用控制器并列运行方案，还是采用双机双工热后备系统方案；另一方面，原有的继电器控制盘最好不要拆掉，可以把它作为控制系统的应急手段使用。一旦新改装系统出现问题，继电器控制盘仍可以恢复原有控制，起到很好的替代作用。此外，在设计控制系统时，应设计必要的手动操作回路，作为自动控制回路的后备。例如，可以将手动操作开关与输出信号线并连，当控制器故障时，由手动操作开关直接驱动负载使系统运行。

4.故障检测与诊断的冗余设计

PLC的可靠性很高，本身又有很完善的自诊断功能，一旦出现故障，可以借助自诊断程序很快找到故障点。但是，大量实践表明，PLC外部的I/O元件，例如限位开关、电磁阀、接触器等故障率远远高于PLC本身，这些元件发生故障，PLC一般不能觉察出来，也不会自动停机，结果很可能使故障进一步扩大，直到强电保护装置动作而停机，有时甚至造成设备和人身事故，而且停机后查找故障所花费的时间也很多。为及时发现故障，并将它排除在事故发生之前，可再增设一些梯形图程序使它自动诊断和报警。

（1）超时检测与诊断设计

机械设备各工步的动作所需时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此，可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时给定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长一些。例如，设某执行机构在正常情况下运行15s后，它驱动的部件使限位开关动作，发出动作结束信号，这时的超时检测与诊断可设计为：在该执行机构开始动作时起动设定值为17s的定时器定时，若17s后还没有接收到动作结束信号，则由定时器的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的程序，并起动报警和故障诊断显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障类型，及时排除故障。

（2）逻辑错误检测与诊断设计

在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部信号（例如存储器的状态）相互之间存在着确定的关系，如果出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应进行故障处理。例如，某机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个限位开关不会同时为ON，若它们同时为ON，则说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。所以，在进行逻辑错误检测与诊断设计时，用这两个限位开关对应输入继电器的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继电器。