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當前PLC控制系統的發展狀況

編輯:2019年马会全年资料時間:2018-12-20

當前PLC控制系統的發展狀況

目前對PLC控制系統的定義有着不同的解釋。其中最為廣泛的一種是PLC控制系統作為一種數字運作的電子系統,可以說是專門應用在微工業環境中的控制電子系統設計。該系統采用能夠編制程序的存儲器,結合邏輯運算和順序控制的方法,運用定時技術和算數運算指令,通過輸入輸出的模拟數字來控制不同的機械和生産過程。可以說PLC控制系統在工業方面的應用很廣泛,是工業控制中最為常見的控制器,具有通用性強、方便性好、适應性廣、可靠性高及較強的抗幹擾性能等優點。

通常從結構上将PLC控制系統分為固定式和組合式兩種。固定式PLC控制系統主要包括CPU闆、顯示面闆、内存塊和電源等,這些不同的元素構成了PLC的整體部分;組合式PLC控制系統主要包括CPU模塊、内存、電源模塊、底闆等,這些組合配置可以按照一定的規則組合起來。

PLC控制系統是現代化企業邁向成功必不可少的要素,是微電子行業依循的重要控制系統。通過該系統能夠有效地進行系統控制,實現對生産經營各個部門的協調、指導,是實現設計目标、産品增值的重要技術保證。對PLC控制系統的分析研究有助于提高企業産品優勢,促進企業技術成果轉化,加強企業之間在不同領域的交流,為企業營造良好的工作氛圍和企業文化,使企業在經營過程中不斷突破自我,在競争中處于有利地位。另外,PLC控制系統的應用能使整個系統更加合理和高效,在很大程度上縮短産品的生産和運行周期,助推電子行業的跨越發展。

  目前雖然國内相關的一些公司及研究機構在PLC控制系統方面開展了部分基礎技術研究工作,但還沒有一家公司或機構可以推出比較完整的産品。我國數控方面的專家一直以來也沒有停止過對PLC控制系統的研究,越來越完善的産品逐漸呈現出來,但總體來說,我國PLC控制系統方面的産品起步較晚,與國外相比,發展比較遲緩。 

國産PLC在工控領域煥發新活力

PLC發展至今已有近40年的曆史,随着半導體技術、計算機技術和通信技術的發展,工業控制領域已有翻天覆地的變化,PLC亦在不斷的發展,正朝着新的技術發展,主要有以下幾點:

一、PLC網絡化技術的發展,其中有兩個趨勢

一方面,PLC網絡系統已經不再是自成體系的封閉系統,而是迅速向開放式系統發展,各大品牌PLC除形成自己各具特色的PLC網絡系統、完成設備控制任務之外,還可以與上位計算機管理系統聯網,實現信息交流,成為整個信息管理系統的一部分。

另一方面,現場總線技術得到廣泛的采用,PLC與其他安裝在現場的智能化設備,比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅動執行機構等,通過一根傳輸介質(比如雙絞線、同軸電纜、光纜)鍊接起來,并按照同一通信規約互相傳輸信息,由此構成一個現場網絡,這種網絡與單純的PLC遠程網絡相比,配置更靈活,擴展更方便,造價更低,性能價格比更好,也更具開放意義。

二、PLC向高性能小型化方向發展

PLC的功能正越來越豐富,而體積則越來越小,比如奧越信兼容西門子s7-200系列PLC,最小的機種,體積僅為60×90×75mm,相當于一個繼電器,但卻具有高速計數、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力,還具有可調電位器時間設定功能。PLC已不再是早期那種隻能進行開關量邏輯運算的産品了,而是具有越來越強的模拟量處理能力,以及其他過去隻有在計算機上才能具有的高級處理能力,如浮點數運算、PID調節、溫度控制、精确定位、步進驅動、報表統計等。從這種意義上說,PLC系統與DCS(集散控制系統)的差别越來越小了,用PLC同樣可以構成一個過程控制系統。

三、PLC操作向簡易化方向發展

目前PLC推廣的難度之一就是複雜的編程使得用戶望而卻步,而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同,用戶往往需要掌握更多種編程語言,難度較大。PID控制、網絡通信、高速計數器、位置控制、數據記錄、配方和文本顯示器等編程和應用也是PLC程序設計中的難點,用普通的方法對它們編程時,需要熟悉有關的特殊存儲器的意義,在編程時對它們賦值,運行時通過訪問它們來實現對應的功能。這些程序往往還與中斷有關,編程的過程既繁瑣又容易出錯,阻礙了PLC的進一步推廣應用。PLC的發展必然朝着操作簡化對複雜任務的編程,在這一點上西門子就充當了先行者,兼容西門子S7-200的編程軟件設計了大量的編程向導,隻需要在對話框中輸入一些參數,就可以自動生成包括中斷程序在内的用戶程序,大大方便了用戶的使用。

嵌入式PLC的發展也呈現多元化,國内外均有良好表現:德國赫優訊推出的将現場總線技術和PLC技術結合的netPLC很有特色;國内幾年前就有華中科技大學在EASYCORE1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統軟件,作為硬件平台,開發了多模人通道的嵌入式PLC;還有一種發展路徑是以開發PLC與人機界面相結合的硬件/軟件一體化為目标的平台,充分利用了CASE工具,結合各類嵌入式芯片的開發平台和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫,專為機電設備開發客制化、具有ODM性質的專用PLC。 

而在我國嵌入式PLC的發展空間,首先在于它十分有利于發揮我國自動化行業發展的兩大特點:有相當雄厚的為機電設備配套的市場基礎,并擁有足夠的、性價比全球最優的設計開發隊伍。我們完全可以以最低的成本、較高的質量,并按客制化的要求設計、生産為機電設備配套的嵌入式 PLC,來代替通用PLC。

  同時,嵌入式PLC的硬件、軟件、人機界面、通信等各方面的功能設計靈活,易于剪裁,更貼近各種檔次的機電設備的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系統的技術基礎,拿來就可用。SOC芯片、嵌入式操作系統與符合工EC61131-3編程語言标準的編程環境等優勢,使得其在市場上很容易找到。 

4步教伱輕松調試PLC控制系統

調試工作是檢查PLC控制系統能否滿足控制要求的關鍵工作,是對系統性能的一次客觀、綜合的評價。系統投用前必須經過全系統功能的嚴格調試,直到滿足要求并經有關用戶代表、監理和設計等簽字确認後才能交付使用。調試人員應受過系統的專門培訓,對控制系統的構成、硬件和軟件的使用和操作都比較熟悉。

調試人員在調試時發現的問題,都應及時聯系有關設計人員,在設計人員同意後方可進行修改,修改需做詳細的記錄,修改後的軟件要進行備份。并對調試修改部分做好文檔的整理和歸檔。調試内容主要包括輸入輸出功能、控制邏輯功能、通信功能、處理器性能測試等。

一、輸入輸出回路調試

(1)模拟量輸入(AI)回路調試。要仔細核對I0模塊的地址分配;檢查回路供電方式(内供電或外供電)是否與現場儀表相一緻;用信号發生器在現場端對每個通道加入信号,通常取0、50%或100%三點進行檢查。對有報警、聯鎖值的AI回路,還要在報警聯鎖值(如高報、低報和聯鎖點以及精度)進行檢查,确認有關報警、聯鎖狀态的正确性。

(2)模拟量輸出(AO)回路調試。可根據回路控制的要求,用手動輸出(即直接在控制系統中設定)的辦法檢查執行機構(如閥門開度等),通常也取0、50%或100%三點進行檢查;同時通過閉環控制,檢查輸出是否滿足有關要求。對有報警、聯鎖值的AO回路,還要在報警聯鎖值(如高報、低報和聯鎖點以及精度)進行檢查,确認有關報警、聯鎖狀态的正确性。

(3)開關量輸入(DI)回路調試。在相應的現場端短接或斷開,檢查開關量輸入模塊對應通道地址的發光二極管的變化,同時檢查通道的通、斷變化。

(4)開關量輸出(DO)回路調試。可通過PLC系統提供的強制功能對輸出點進行檢查。通過強制,檢查開關量輸出模塊對應通道地址的發光二極管的變化,同時檢查通道的通、斷變化。

二、回路調試注意事項

(1)對開關量輸入輸出回路,要注意保持狀态的一緻性原則,通常采用正邏輯原則,即當輸入輸出帶電時,為“ON”狀态,數據值為“1”;反之,當輸入輸出失電時,為“OFF”狀态,數據值為“0”。這樣,便于理解和維護。

(2)對負載大的開關量輸入輸出模塊應通過繼電器與現場隔離,即現場接點盡量不要直接與輸入輸出模塊連接。

(3)使用PLC提供的強制功能時,要注意在測試完畢後,應還原狀态;在同一時間内,不應對過多的點進行強制操作,以免損壞模塊。

三、控制邏輯功能調試

控制邏輯功能調試,需會同設計、工藝代表和項目管理人員共同完成。要應用處理器的測試功能設定輸入條件,根據處理器邏輯檢查輸出狀态的變化是否正确,以确認系統的控制邏輯功能。對所有的聯鎖回路,應模拟聯鎖的工藝條件,仔細檢查聯鎖動作的正确性,并做好調試記錄和會簽确認。

檢查工作是對設計控制程序軟件進行驗收的過程,是調試過程中最複雜、技術要求最高、難度最大的一項工作。特别在有專利技術應用、專用軟件等情況下,更加要仔細檢查其控制的正确性,應留有一定的操作裕度,同時保證工藝操作的正常運作以及系統的安全性、可靠性和靈活性。

四、處理器性能測試

處理器性能測試要按照系統說明書的要求進行,确保系統具有說明書描述的功能且穩定可靠,包括系統通信、備用電池和其他特殊模塊的檢查。對有冗餘配置的系統必須進行冗餘測試。即對冗餘設計的部分進行全面的檢查,包括電源冗餘、處理器冗餘、I0冗餘和通信冗餘等。

(1)電源冗餘

切斷其中一路電源,系統應能繼續正常運行,系統無擾動;被斷電的電源加電後能恢複正常。

(2)處理器冗餘

切斷主處理器電源或切換主處理器的運行開關,熱備處理器應能自動成為主處理器,系統運行正常,輸出無擾動;被斷電的處理器加電後能恢複正常并處于備用狀态。

(3)I0冗餘

選擇互為冗餘、地址對應的輸入和輸出點,輸入模塊施加相同的輸入信号,輸出模塊連接狀态指示儀表。分别通斷(或熱插拔,如果允許)冗餘輸入模塊和輸出模塊,檢查其狀态是否能保持不變。

(4)通信冗餘

可通過切斷其中一個通信模塊的電源或斷開一條網絡,檢查系統能否正常通信和運行;複位後,相應的模塊狀态應自動恢複正常。

  冗餘測試,要根據設計要求,對一切有冗餘設計的模塊都進行冗餘檢查。此外,對系統功能的檢查包括系統自檢、文件查找、文件編譯和下裝、維護信息、備份等功能。對較為複雜的PLC系統,系統功能檢查還包括邏輯圖組态、回路組态和特殊I0功能等内容。 

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