控制系统可靠性研究论文

港口将成为国际贸易的运输中心与物流平台,港口物流将成为物流平台上的重要组成部分。下面是由我整理的港口物流管理论文，谢谢你的阅读。

港口物流控制系统可靠性分析

摘 要：控制系统是干散货码头 物流系统的核心，干散货散码头物流系统中含有众多大型设备，各设备之间要进行频繁的数据交换，同时中控室要对各设备运行情况进行监视，来实现工艺所要求的各环节的必要联锁控制。为了对各装卸和运输设备进行有效控制并实现作业流程的作业控制、最大程度地发挥这些设备的效能，所以干散货码头控制系统必须具有高可靠性。

关键词：港口;物流控制;系统

1 干散货码头物流控制系统的构成

干散货码头物流控制系统主要由可编程序控制器(PLC)，交换机、 网络服务器、监控操作站、有线和无线数据传输网络组成。主要完成码头物流系统工艺流程操作所要求的流程选择确认，顺序启动、顺序停止、故障停止、紧急停止和流程切换以及控制系统操作、监控和信息 管理等功能。

目前，在干散货码头物流控制系统中从各装卸设备的单机到中控系统均采用PLC作为控制核心部件，它的主要功能是通过 软件编程的 方法 实现对作业流程的自动控制，检测受控对象的状态并发出控制指令。其控制系统网络可分为三层。

信息层：一般由以太网组成，完成数据的采集及生产作业操作和监控功能。

自动化和控制层：由控制网构成，实现实时I/O控制、控制器互锁和报文传送。

设备层：通过现场传感器测出需要监测控制的各种现场设备，并以开关信号等方式传送至现场模块， 计算机通过调整执行器来具体实现控制功能，控制器通过现场输出模块与各种执行器连接，输出直接驱动执行机构，由此来直接控制电机起停、正转、反转和现场的各种开关和电动挡板。

干散货码头控制系统组成设备大多为电子产品，所以与 机械系统一样，控制系统也属于可修复系统。在实际工程 应用中定量描述电子产品可靠性的指标有很多，常用的主要有可靠度、有效度、故障率、平均维修时间、平均无故障时间等。要分析干散货码头物流控制系统的可靠性，也必须借助一系列可靠性指标来进行。在本文中采用平均无故障时间、平均维修时间、有效度作为反映干散货码头物流控制系统可靠性的指标。

干散货码头物流控制系统是一个复杂的可修复系统，系统中采用软、硬件结合的故障诊断和同步恢复、定位技术的先进技术来实现不中断生产情况下的 修理 或更换，从而保证控制系统的长期可靠 工作。对其可靠性分析必须从硬件和软件两方面考虑。由于干散货码头物流控制系统属于可修复系统，可采用马尔可夫可修复模型，通过系统状态之间的转移概率，来建立系统状态转移方程组，来描述控制系统的可靠性。由于干散货码头控制系统的组成设备较多，而且其组成结构也比较复杂，所以其状态转移方程组的阶数会很高，从而可能无法求解，甚至可能无法建立状态转移方程组。然而系统可靠性框图法比较简单，仅要求已知各组成单元的可靠性参数指标。对于干散货码头物流控制系统，结合这两种可靠性分析方法的特点，可先用马尔可夫模型法对系统各部件进行可靠性分析得出可靠性参数，然后用可靠性框图法对整个系统的可靠性进行模型化简，最后得出整个控制系的可靠性参数指标。

2 干散货码头物流控制系统可靠性分析

在干散货码头控制系统中，软件系统的 不仅受到各个功能 模块 的影响，同时也取决于这些 是否被执行，因此可以看出，软件系统的 与程序的逻辑流有关，而逻辑流程代表了模块间的转移，这个转移过程同样可以用马尔可夫过程来表示。

矩阵R是由模块可靠度R?i 组成的对角线矩阵，矩阵?P?中的元素P??ij? 是逻辑流程由模块i转移到模块j的概率。

对于干散货码头物流控制系统，任何子系统的失效都会导致整个控制系统无法正常工作，即要求控制系统中每一子系统均正常工作时整个控制系统才能正常工作，显然，干散货码头物流控制系统这特性符合系统可靠性分析模型中串 联系统的定义。所以，在对干散货码头物流控制系统进行分析时，看以将其看做由各功能模块组成的子系统串联而成，因此可以采用串联系统可靠性分析模型对干散货码头物流控制系统进行可靠性计算。而干散货码头物流控制系统由系统网络子系统、PLC硬件子系统、供电及驱动电路子系统和软件系统四个系统组成，各子系统的可靠度为 R?j，j=1,2,3,4则整个物流控制系统的可靠度R为

3 提高干散货码头物流控制系统可靠性的方法

干散货码头物流控制系统是一个复杂系统，所以在设计前有必要对设计的系统进行严格的可行性考查论证，从而避免因为对系统的可行性， 经济性和先进性缺乏科学的考查分析而给系统设计带来缺陷，最后导致控制系统工作的不可靠。对于投入使用的干散货码头物流控制系统，在分析其故障特性的基础上，可以得出提高系统可靠性的方法。

干散货码头物流控制系统的故障特性

提高码头物流控制系统的可靠性也就是要减少系统的故障，而引起故障的因素来自系统内部和外部两个方面:

内部因素：元器件失效，电路开路或短路等，另外还包括软件设计中的问题。

外部因素： 环境温度、湿度、电源的波动、电磁干扰、冲击、振动、腐蚀等。

干散货码头物流控制系统是一个计算机产品，通过硬件系统和软件系统的共同作用才能完成各项规定的功能，因此，必须从硬件和软件两方面入手分析其故障特性，同时，硬件系统和软件系统的故障特性是有区别的。

(1)硬件故障特性。

干散货码头物流控制系统的硬件故障按出现的时间可分为以下三类：早期故障期、随机故障期和耗损故障期。

早期故障主要由控制系统选用的元器件老化不够、设计制造中的错误、运输存放时的损坏等原因造成。在这一期间，干散货码头物流控制系统的故障率随着时间的增长而逐渐减少。

在偶然故障期内，干散货码头物流控制系统故障率趋于稳定，整个控制系统处于正常工作状态期，此时控制系统故障率基本保持常数且不随时间变化而变化。同时，在此期间干散货码头物流控制系统出现的故障是随机的。

在耗损故障期内，由于干散货码头物流控制系统经过了长时间的运行、系统中的元器件已老化，此时整个控制系统的故障率保持在一个较高水平。

(2)软件故障特性。

干散货码头物流控制系统的软件系统由应用软件和系统软件组成。其中，应用软件为完成用户所需功能而开发的软件，一般是根据用户领域或者设计部门提供的控制方案设计开发而成。而系统软件则是支持干散货码头物流控制系统本身工作的软件，同时可以帮助用户开发应用软件，比如码头物流控制系统过程控制单元中的各种功能模块。

干散货码头物流控制系统软件故障一般发生在两个时期，即早期故障期和成熟期。在早期故障内，控制系统发生故障主要是由于软件设计中残留的逻辑错误所致。而进入成熟期后，软件的故障率较小甚至可能接近于零。

干散货码头物流控制系统设计的设备选型

系统的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。系统设计一旦完成，并按设计预定的要求制造出来后，其固有可靠性就确定了。提高系统固有可靠性最直接的方法就是保证系统组成单元的可靠性。

干散货码头物流控制系统多数是在潮湿、多尘、高温、强电磁、强腐蚀、高频干扰等复杂恶劣环境下工作的，因此不仅对控制系统本身，同时也对控制系统中现场执行、检测、供电等各种设备的可靠性和先进性提出了严格的要求。根据以上特点，在选择干散货码头物流控制系统组成设备时应注意以下几点:

(1)对于计算机，要选择实时性好，具有高性能的实时多重任务的处理系统，而且要有完善的中断系统和实时时钟功能，特别要选用CPU主频高的机型，以便于实时多任务的快速处理。

(2)要选技术指标先进、质量好、环境适应性和抗干扰能力强、可靠性高即平均无故障时间大、平均维修时间小的设备，以保证系统能在强干扰等恶劣的环境下长期能够可靠运行。

(3)常规仪表质量的优劣对于控制系统能否长期良好可靠运行有着决定性的作用。因此，要选择具有完善的输入/输出通道和方便的通讯接口，以及丰富的输入/输出通讯指令的设备。

综上所述，在干散货码头物流控制系统设备选型时，应该充分注意选择性能指标质量优良，抗干扰力强、稳定可靠的设备，从而使整个控制系统处能够在良好的状态下稳定运行，完成规定的功能。

干散货码头物流控制系统抗干扰设计

由于干散货码头物流控制系统所处环境较恶劣，所有各种噪声都有可能对控制系统产生严重干扰，从而影响整个控制系统或是局部系统的稳定性和可靠性。干散货码头物流控制系统的干扰主要来自以下三方面:

(1)系统环境的干扰：主要包括控制系统设备安装，通道连接导线铺设的不合理，信号传输、机柜、机房屏蔽不佳，接地不良，以及高温、潮湿多尘、腐蚀气体，造成接触不良，断线、漏电以及电磁感应、公共阻抗耦合等串扰。

(2)系统噪声的干扰：包括控制系统所有组成设备自身的元器件材料、性能存在某些缺陷或是由于控制系统内部线路设计、安装、工艺不合理而产生的物理噪声，同时也包括给控制系统供电的交直流电源因质量不佳而产生的交流纹波、直流电平漂移及内部变压器、继电器开关、电感等产生的电磁干扰。

(3)外部的干扰：主要是由控制系统外的变压器、强电流的交流电机、强电网以及雷电、天线电波、高频超声设备等产生的辐射、电磁、脉冲等干扰。

4 结语

本文从硬件系统和软件系统

两方面对干散货码头物流控制系统的可靠性进行了研究，硬件系统可靠性分析方法与机械系统相似，重点介绍了软件系统可靠性分析方法，并在此基础上 总结 了提高干散货码头物流控制系统可靠性的一些设计方法和 措施 ，如冗余设计、抗干扰设计等。

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浅谈对PLC自动控制系统可靠性的认识摘要：对PLC自动控制系统可靠性问题进行7较深入研究，提出了提高系统可靠性运行的方法。实践证明这些方法的采用对提高系统的可靠性是行之有效的。关键词：可靠性；PLC自动控制系统；研究引言可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。工业年月机作为中央控制单元，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、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机PLc之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLE之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。一控制系统可靠性降低的主要原因虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽同的经济损失。(一)影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：1造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害)，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。2点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLc却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。3现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。(二)影响执行机构出错的主要原因有：1控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。2控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。3各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。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，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。二设计完善的故障报警系统在自动控制系统的设计中应设计3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，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以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位／灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，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。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。三输入信号可靠性研究要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要选择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。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A／D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DTIO、DTII、DTl2中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DTO中。提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，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PLC，这个信号是否真实可靠，在程序设计时应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。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。四执行机构可靠性研究当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障?可采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸台，停止时接触器是否可靠释放，这是最让人关心的。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLc，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。结论在许多油田的自动控制系统设计中采用了以上方法，经过几年的运行，证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。