大量的工程實(shí)踐表明,PLC外部輸入、輸出設(shè)備的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC本身的故障率,而這些設(shè)備出現(xiàn)故障后,PLC一般不能覺察出來,可能使故障擴(kuò)大,直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動(dòng)作后才停機(jī),有時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。停機(jī)后,查找故障也要花費(fèi)很多時(shí)間。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,在沒有釀成事故之前使PLC自動(dòng)停機(jī)和報(bào)警,也為了方便查找故障,提高維修效率,可用PLC程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。
現(xiàn)代的PLC擁有大量的軟件資源,如FX2N系列PLC有幾千點(diǎn)輔助繼電器、幾百點(diǎn)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器,有相當(dāng)大的裕量,可以把這些資源利用起來,用于故障檢測(cè)。
(1)超時(shí)檢測(cè)機(jī)械設(shè)備在各工步的動(dòng)作所需的時(shí)間一般是不變的,即使變化也不會(huì)太大,因此可以以這些時(shí)間為參考,在PLC發(fā)出輸出信號(hào),相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器定時(shí),定時(shí)器的設(shè)定值比正常情況下該動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)20%左右。例如設(shè)某執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如電動(dòng)機(jī))在正常情況下運(yùn)行50s后,它驅(qū)動(dòng)的部件使限位開關(guān)動(dòng)作,發(fā)出動(dòng)作結(jié)束信號(hào)。若該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間超過60s(即對(duì)應(yīng)定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間),PLC還沒有接收到動(dòng)作結(jié)束信號(hào),定時(shí)器延時(shí)接通的常開觸點(diǎn)發(fā)出故障信號(hào),該信號(hào)停止正常的循環(huán)程序,啟動(dòng)報(bào)警和故障顯示程序,使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類,及時(shí)采取排除故障的措施。
(2)邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),PLC的輸入、輸出信號(hào)和內(nèi)部的信號(hào)(如輔助繼電器的狀態(tài))相互之間存在著確定的關(guān)系,如出現(xiàn)異常的邏輯信號(hào),則說明出現(xiàn)了故障。因此,可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系,一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài),就應(yīng)按故障處理。例如某機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中先后有兩個(gè)限位開關(guān)動(dòng)作,這兩個(gè)信號(hào)不會(huì)同時(shí)為ON狀態(tài),若它們同時(shí)為ON,說明至少有一個(gè)限位開關(guān)被卡死,應(yīng)停機(jī)進(jìn)行處理。
3.消除預(yù)知干擾
某些干擾是可以預(yù)知的,如PLC的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如大功率電動(dòng)機(jī)、電磁鐵)動(dòng)作,常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號(hào),它們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能使PLC接收錯(cuò)誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi),可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號(hào),在干擾易發(fā)期過去后,再取消封鎖。
采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)
某些控制系統(tǒng)(如化工、造紙、冶金、核電站等)要求有極高的可靠性,如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,由此引起停產(chǎn)或設(shè)備損壞將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,僅僅通過提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性是滿足不了要求。在這種要求極高可靠性的大型系統(tǒng)中,常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來有效地解決上述問題。
1.冗余系統(tǒng)
所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有多余的部分,沒有它系統(tǒng)照樣工作,但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),這多余的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。冗余系統(tǒng)一般是在控制系統(tǒng)中最重要的部分(如CPU模塊)由兩套相同的硬件組成,當(dāng)某一套出現(xiàn)故障立即由另一套來控制。是否使用兩套相同的I/O模塊,取決于系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求程度。
兩套CPU模塊使用相同的程序并行工作,其中一套為主CPU模塊,一塊為備用CPU模塊。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),備用CPU模塊的輸出被禁止,由主CPU模塊來控制系統(tǒng)的工作。同時(shí),主CPU模塊還不斷通過冗余處理單元(RPU)同步地對(duì)備用CPU模塊的I/O映像寄存器和其它寄存器進(jìn)行刷新。當(dāng)主CPU模塊發(fā)出故障信息后,RPU在1~3個(gè)掃描周期內(nèi)將控制功能切換到備用CPU。I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU來完成。
a)冗余系統(tǒng)b)熱備用系統(tǒng)
2.熱備用系統(tǒng)
熱備用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較冗余系統(tǒng)簡(jiǎn)單,雖然也有兩個(gè)CPU模塊在同時(shí)運(yùn)行一個(gè)程序,但沒有冗余處理單元RPU。系統(tǒng)兩個(gè)CPU模塊的切換,是由主CPU模塊通過通信口與備用CPU模塊進(jìn)行通信來完成的。兩套CPU通過通訊接口連在一起。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),由主CPU通知備用CPU,并實(shí)現(xiàn)切換,其切換過程一般較慢。
PLC在當(dāng)前工廠中是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成部分,為了保證它在生產(chǎn)中的穩(wěn)定、安全和可靠,必須對(duì)它進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
?。ㄒ唬┓治霰豢貙?duì)象并提出控制要求
詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn),了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合,提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求,確定控制方案,擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。
?。ǘ┐_定輸入/輸出設(shè)備
根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備(如:按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等)和輸出設(shè)備(如:接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等),從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備,以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。
(三)選擇PLC
PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇,詳見本章第二節(jié)。
?。ㄋ模┓峙銲/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路
1.分配I/O點(diǎn)
畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表,該部分也可在第2步中進(jìn)行。
2.設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路
畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖,包括主電路和未進(jìn)入可編程控制器的控制電路等。
由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。
程序設(shè)計(jì)
1.程序設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線,逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序,逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外,程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容:
1)初始化程序。
在PLC上電后,一般都要做一些初始化的操作,為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備,避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有:對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零,對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù),對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位,對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。
2)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立,一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。
3)保護(hù)和連鎖程序。
保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分,必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。
2.程序模擬調(diào)試
程序模擬調(diào)試的基本思想是,以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài),為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同,模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。
1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備(如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等)模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào),并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端,其時(shí)效性較強(qiáng)。
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