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上發展起來的微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。從廣義上講，PLC是一種計算機系統，比一般計算機具有更強的與工業過程相連接的輸入輸出接口，并已成為自動化控制系統的基本裝置。PLC已經廣泛應用于機械、冶金、化工、汽車、輕工等行業中，已基本取代了傳統的繼電器和接觸器的邏輯控制。用PLC來控制系統設備，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，據稱其平均無故障時間已達30萬小時。所以，整個PLC控制系統的可靠性，主要取決于PLC的外圍設備，比如輸入器件中的行程開關、按鈕、接近開關，輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁閥等。下面就如何提高數控機床PLC控制系統的可靠性進行一些探討。

2 工作環境的要求

　　一般PLC工作的環境溫度應在0~55℃的范圍，并要避免太陽光直接照射；安裝時要遠離大的熱源，保證足夠大的散熱空間和通風條件；空氣的相對濕度應小于85%，不結露，以保證PLC的絕緣良好。PLC應避免安裝在有振動的場所；對振動源允許的條件則應按照產品說明書的要求，安裝減振橡膠墊或采取其他防振措施。空氣中有粉塵和有害氣體時，應將PLC封閉安裝。

3 數控機床PLC接地要求

　　數控機床的接地系統有兩類: 安全接地和工作接地。安全接地是用導線將設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方式和并聯方式等。PLC的良好接地是正常運行的前提。在設計時，PLC的接地應與動力設備的接地分開，采用專用接地；如不能分開接地時，應采用共用接地；絕對禁止采用共通接地方法。如圖1所示，接地點應盡可能靠近PLC，接地線的線徑應大于4mm2，接地電阻一般應小于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分開設置。必要時，可在現場分別設置接線箱。集成電路或晶體管設備的輸入信號和輸出信號的接線必須采用屏蔽電纜；屏蔽層的接地端應為一點接地，接地點宜在控制器側。

4 PLC的I/O電路要求

　　由于PLC是通過輸入電路接受開關量、模擬量等輸入信號，因此輸入電路的元器件質量的好壞和連接方式直接影響著控制系統的可靠性。數控機床上的機械限位開關是比較容易產生故障的元件。在設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。

5 PLC的軟件程序要求

　　為了提高PLC控制系統工作的可靠性，可以專門設置一個定時器，作為監控程序部分，對系統的運行狀態進行檢測。若程序運行能正常結束，則該定時器就立即被清零；若程序運行發生故障，如出現死循環等，該定時器在設定的時間到就無法清零，此時PLC發出報警信號。在設計應用程序時，使用這種方法來實現對系統各部分運行狀態的監控。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進行監視：該定時器的設定時間即為這一對象工作所需的最大時間；當啟動該對象運行時，同時也啟動該定時器。若該對象的運行程序在規定的時間結束工作，發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，發出報警信號或停機信號。監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。假設被控對象的運行程序完成一次循環需要50s，則定時器K值可取510（T1為100ms定時器）。當X001=1時，被控對象運行開始，T1開始計時；如在規定的時間內被控對象的運行程序能正常結束，則X002動作，M1復位，定時器T1被清零，等待下一次循環的開始；若在規定時間沒有發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發出報警信號或停機信號。

圖2 檢測程序

6 數據和程序的保護

　　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, 應用程序將全部丟失。因此, 較可靠的辦法把調試成功的程序用ROM寫入器固化到EPROM/ EEPROM中去。應用程序的備份, 如軟盤或PROM/ EEPROM等必須小必保存。

7 冗余設計和降級操作設計

　　冗余設計可采用熱后備或冷后備方式。熱后備方式操作時，冗余的后備系統也同時運行，兩者輸出的結果一致時，表示系統是正常運行的；一旦結果不一致，則發出警報信號，同時，根據自診斷的結果，切換到正常的系統去。冷后備方式操作時，冷后備系統不運行，它在自診斷檢測出運行系統故障后才切入后備系統。對PLC來說，冗余系統的范圍主要是CPU、存儲單元、電源系統和通信系統，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。降級操作是指在設計時，將手動操作包括在內的設計，即對部分或全部設備進行手動的開停操作，以避免設備的損壞或對人員的傷害。此外，在設計中也可考慮從全自動到半自動、直至手動的操作等。

8 結束語

　　提高數控機床PLC 控制系統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。只要在實際開發過程中, 充分考慮到對數控機床PLC 的各種不利因素, 在硬、軟件的設計中采取適當的保護措施, 就完全可以使控制系統安全、可靠地運行。