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大量的工程实践表明,PLC外部输入、输出设备的故障率远远高于PLC本身的故障率,而这些设备出现故障后,PLC一般不能觉察出来,可能使故障扩大,直至强电保护装置动作后才停机,有时甚至会造成设备和人身事故。停机后,查找故障也要花费很多时间。为了及时发现故障,在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警,也为了方便查找故障,提高维修效率,可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。
现代的PLC拥有大量的软件资源,如FX2N系列PLC有几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器,有相当大的裕量,可以把这些资源利用起来,用于故障检测。
(2)逻辑错误检测在系统正常运行时,PLC的输入、输出信号和内部的信号(如辅助继电器的状态)相互之间存在着确定的关系,如出现异常的逻辑信号,则说明出现了故障。因此,可以编制一些常见故障的异常逻辑关系,一旦异常逻辑关系为ON状态,就应按故障处理。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关动作,这两个信号不会同时为ON状态,若它们同时为ON,说明至少有一个限位开关被卡死,应停机进行处理。
3.消除预知干扰
采用冗余系统或热备用系统
某些控制系统(如化工、造纸、冶金、核电站等)要求有*的可靠性,如果控制系统出现故障,由此引起停产或设备损坏将造成*的经济损失。因此,仅仅通过提高PLC控制系统的自身可靠性是满足不了要求。在这种要求*可靠性的大型系统中,常采用冗余系统或热备用系统来有效地解决上述问题。
1.冗余系统
所谓冗余系统是指系统中有多余的部分,没有它系统照样工作,但在系统出现故障时,这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是在控制系统中zui重要的部分(如CPU模块)由两套相同的硬件组成,当某一套出现故障立即由另一套来控制。是否使用两套相同的I/O模块,取决于系统对可靠性的要求程度。
两套CPU模块使用相同的程序并行工作,其中一套为主CPU模块,一块为备用CPU模块。在系统正常运行时,备用CPU模块的输出被禁止,由主CPU模块来控制系统的工作。同时,主CPU模块还不断通过冗余处理单元(RPU)同步地对备用CPU模块的I/O映像寄存器和其它寄存器进行刷新。当主CPU模块发出故障信息后,RPU在1~3个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU。I/O系统的切换也是由RPU来完成。
a)冗余系统b)热备用系统
2.热备用系统
热备用系统的结构较冗余系统简单,虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序,但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换,是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。两套CPU通过通讯接口连在一起。当系统出现故障时,由主CPU通知备用CPU,并实现切换,其切换过程一般较慢。
PLC在当前工厂中是自动化生产的重要组成部分,为了保证它在生产中的稳定、安全和可靠,必须对它进行合理的设计。
(一)分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的配合,提出被控对象对PLC控制系统的控制要求,确定控制方案,拟定设计任务书。
(二)确定输入/输出设备
根据系统的控制要求,确定系统所需的全部输入设备(如:按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如:接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等),从而确定与PLC有关的输入/输出设备,以确定PLC的I/O点数。
(三)选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择,详见本章第二节。
(四)分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
1.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表,该部分也可在第2步中进行。
2.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图,包括主电路和未进入可编程控制器的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
程序设计
1.程序设计
根据系统的控制要求,采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线,逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序,逐步完善系统的功能。除此之外,程序通常还应包括以下内容:
1)初始化程序。
在PLC上电后,一般都要做一些初始化的操作,为启动作必要的准备,避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有:对某些数据区、计数器等进行清零,对某些数据区所需数据进行恢复,对某些继电器进行置位或复位,对某些初始状态进行显示等等。
2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立,一般在程序设计基本完成时再添加。
3)保护和连锁程序。
保护和连锁是程序中*的部分,必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。
2.程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是,以方便的形式模拟产生现场实际状态,为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同,模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1)硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC或一些输入器件等)模拟产生现场的信号,并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端,其时效性较强。
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