PLC控制系统安全性及软件设计的可靠性分析Research on Decompression Valve Mon-itoring Test System
摘要
可编程控制器具有体积小、通用性强的特点，但是在PLC工业应用中，由于控制环境的差异，导致控制系统存在一定的安全问题，包括硬件安全性、抗干扰性以及软件逻辑故障等问题，该类问题一旦发生可能对控制系统本身的运行造成影响，严重的可能造成生产设备的损坏或者影响生产人员的生命财产安全。应此本文提出了对PLC控制系统安全性以及软件设计安全性的整体分析，对目前PLC控制系统的常见非安全因素进行全面的整合，并提出具体的改善和设计方案，从软件设计的角度考虑如何提升控制系统的安全性以及抗干扰能力。
文章首先对于PLC控制系统的三大类影响自身安全性的因素进行分析，指出硬件、干扰以及软件逻辑故障因素，并分别针对硬件和软件的安全性提升制定具体的改善方案，包括硬件的预处理和抗干扰设计、软件的自检和冗余方案等，针对不同的安全性问题种类进行设计负荷应用需求的系统运行措施。
关键词 PLC控制系统；安全性；软件设计；分析
目 录
摘要 I
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文主要研究内容 3
第2章 PLC控制系统安全性的影响因素 4
2.1 硬件的安全性 4
2.1.1 漏电流现象 4
2.1.2 冲击电流现象 4
2.1.3 电磁兼容性问题 4
2.2 干扰因素 5
2.2.1 硬件导致的磁干扰 5
2.2.2 环境磁场干扰 5
2.3 软件的逻辑因素 6
2.3.1 错误发讯和动作 6
2.3.2 逻辑异常的报警和停机 6
2.3.3 联锁和警报时钟的错误 7
2.4 本章小结 8
第3章 PLC控制系统的硬件安全性设计 9
3.1 硬件的预处理 9
3.1.1 漏电流和冲击电流的预处理 9
3.1.2 配线及工作环境的保护 11
3.2 改良抗干扰设计 13
3.2.1 硬件抗干扰设计 13
3.2.2 电磁电感兼容性及抗干扰设计 16
3.2.3 基于滤波技术的抗干扰设计方案 18
3.2.4 通过计数器和定时器消除触点抖动干扰 20
3.3 硬件冗余方案 21
3.4 本章小结 22
第4章 PLC控制系统软件安全性设计 24
4.1 软硬件互锁的关联优先 24
4.1.1 基本的互锁方案 24
4.1.2 基于微分指令的互锁优化方案 25
4.2 加入故障检测方案 27
4.2.1 不当操作故障 27
4.2.2 故障自检系统 27
4.3 警报时钟及定时延时操作方案 28
4.3.1 延时设计思路 28
4.3.2 延时设计的实现 30
4.4 软冗余方案 32
4.5 本章小结 34
结论 35
参考文献 36
攻读硕士学位期间发表的学术论文 38
个人简历 39
致谢 41
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
在当今的工业界，只要涉及控制的地方，都离不开PLC这个大脑。PLC的应用大部分属于工业生产的核心控制领域以及社会生活中最为常见的控制管理当中的应用。以工业生产为例来说，PLC数控机床是PLC应用最为常见的一种，在设备运行的过程中PLC参与了逻辑运算的相关动作，同时完成机床相应开关控制等辅助性的控制，在运行的过程中，一旦由于硬件或者逻辑错误而出现故障，不但容易导致生产差错，还可能引发其他危害，例如危害人生命安全的状况，控制系统的危害可能导致经济和生命财产的双重危害；以社会应用来说，在社会生活的各个领域都有PLC控制系统的影子，例如楼宇控制系统中的电梯系统，其通过PLC控制器实现自动反馈和自动控制，避免夹人、撞人现象的发生，一旦控制系统出现逻辑故障，进行错误的判断，就可能出现危及人身安全的事故。因此，我们提出了改善和提升PLC控制系统安全性的分析和研究。
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