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      可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究

      2010-09-08 06:44:30李麗
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年10期
      關(guān)鍵詞:梯形圖控制器軟件

      李麗

      (西安未來國際軟件有限公司,陜西 西安 710075)

      1 PLC設(shè)計(jì)過程

      PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì),它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指示,并通過數(shù)字式的和模擬式的輸入和輸出控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。它由輸入部分、邏輯部分、輸出部分組成。

      1.1 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      1.1.1 確定控制對象和控制范圍

      要應(yīng)用可編程控制器,首先要詳細(xì)分析被控制對象,控制過程與要求。PLC最適合于控制`對象的工業(yè)環(huán)境較差,但其安全性、可靠性要求特別高,系統(tǒng)工藝復(fù)雜,輸入輸出以開關(guān)量為多,用常規(guī)的繼電器接觸器難以實(shí)現(xiàn),工藝流程經(jīng)常變動的對象和現(xiàn)場。其次要確定控制范圍;要能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況,能用傳感器進(jìn)行直接測量的參數(shù),用人工進(jìn)行控制工作量大,操作復(fù)雜容易出錯的或操作過于頻繁,人工操作不容易滿足工藝要求的可由PC控制。

      1.1.2 PLC的機(jī)型選擇

      選擇機(jī)型前,首先要對控制對象進(jìn)行下面估計(jì):有多少開關(guān)量輸入,電壓分別為多少,有多少開關(guān)量輸出,輸出功率為多少;有多少模擬輸入和多少模擬量輸出,是否有特殊控制要求,現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度有何要求,機(jī)房與場分開還是在一起等,機(jī)型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己需要,而不浪費(fèi)機(jī)器容量。

      1.1.3 硬件與程序設(shè)計(jì)

      在確定控制對象的控制任務(wù),PLC的機(jī)型后,就可進(jìn)行控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),畫出流程圖,說明各信息流之間的關(guān)系,然后具體安排輸入、輸出的配置,并對輸入、輸出進(jìn)行地址編號,再畫出可編程控制器端子和現(xiàn)場信號聯(lián)絡(luò)圖表,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)可將硬件設(shè)計(jì),程序編寫二項(xiàng)工作平行地進(jìn)行,編寫程序的過程就是軟件設(shè)計(jì)過程。

      程序設(shè)計(jì)通常采用邏輯設(shè)計(jì)法,它是以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ),根據(jù)生產(chǎn)過程中各工號之間各檢測元件狀態(tài)的不同組合和變化,確定所需的中間環(huán)節(jié),再按各執(zhí)行元件所應(yīng)滿足的動作節(jié)拍表,分別列寫出各自用相應(yīng)的檢測元件及中間環(huán)節(jié)狀態(tài)邏輯值表示的布爾表達(dá)式,最后用觸點(diǎn)的串并聯(lián)組合在電路上進(jìn)行邏輯表達(dá)式的物理實(shí)現(xiàn)。由于硬件、軟件可平行進(jìn)行,所以在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的同時,可進(jìn)行硬件配備工作,如強(qiáng)電設(shè)備的安裝,控制柜的制作,PLC的安裝輸入輸出線的連接等。

      1.1.4 總裝統(tǒng)調(diào)

      用戶編寫的程序在總裝統(tǒng)調(diào)前需進(jìn)行模擬調(diào)試。用裝在PLC上的模擬開關(guān)模擬輸入信號的狀態(tài),用輸出點(diǎn)的指示燈模擬被控對象,檢查程序無誤后便把PLC接到系統(tǒng)里,進(jìn)行總裝統(tǒng)調(diào),如果統(tǒng)調(diào)達(dá)不到指標(biāo)要求則可對硬件和軟件作調(diào)整,全部調(diào)試結(jié)束后,一般將程序固化在有長久記憶功能的只讀存儲器EPROM盒中長期保存。

      2 PLC的抗干擾措施

      由于PLC是專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置,應(yīng)該具有很強(qiáng)的抗擾功能,但是如果環(huán)境過于惡劣,電磁干擾特別強(qiáng)烈或安裝使用不當(dāng)都不能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,干擾會造成PLC誤動作或使PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失,甚至使系統(tǒng)失控,所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,應(yīng)采取硬件措施再配合軟件措施。

      2.1 硬件措施

      屏蔽:對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件,采用導(dǎo)電,導(dǎo)磁通量良好的材料進(jìn)行屏蔽,以防外界干擾。

      濾波:對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波,以消除或抑制高頻干擾,也削弱了各種模塊間的相互影響。

      電源調(diào)整與保護(hù):對微處理器這個核心部件所需的+5V電源,采用多級濾波,并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓,欠電壓的影響。

      隔離:在微處理器與I/O電路間,采用光電隔離措施,有效隔離I/O間電的聯(lián)系,減少故障誤動作。

      采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。因?yàn)橐坏┎槌瞿骋荒K出現(xiàn)故障,就能迅速更換,使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作,也有助于加快查找故障原因。

      2.2 軟件措施

      故障檢測:

      PLC的本身有很完善的自診斷功能,但在工程實(shí)踐中,PLC的輸入、輸出元件如限位開關(guān),電磁閥、接觸器等的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC的本身故障率,這些元件出現(xiàn)故障后,PLC一般不會覺察出來,不會立即停機(jī),會導(dǎo)致多個故障相繼發(fā)生,嚴(yán)重時會造成人身設(shè)備事故,停機(jī)后查找故障也要花費(fèi)大量時間,為方便檢測故障可用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn),這里介紹一種邏輯組合判斷法;系統(tǒng)正常運(yùn)行時,PLC的輸入輸出信號之間存在著確定的關(guān)系,因此,根據(jù)輸出信號的狀態(tài)與控制過程間的邏輯關(guān)系,判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常,如:某機(jī)械設(shè)備的二個限位開關(guān)與輸出信號間的約束關(guān)系為(XO、XI、YO、YI);(XO、XI、YO、YI),MO、MI表示合法狀態(tài),Y10 為報(bào)警輸出,梯形圖如圖1。

      信息保護(hù)和恢復(fù):當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時,不破壞PC內(nèi)部的信息,一旦故障條件消失,就可恢復(fù)正常繼續(xù)原來的工作。所以,PC在檢測到故障條件時,立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器,軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉,禁止對存儲器的任何操作,以防存儲信息被沖掉,一旦檢測到外界環(huán)境正常后,便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài),繼續(xù)原來的程序工作。

      設(shè)置了警戒時鐘WDT:機(jī)械設(shè)備的動作時間一般是不變的,可以以這些時間為參考,當(dāng)PLC發(fā)出控制信號,相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)械動作,同時啟動一個定時器,定時器的設(shè)定值比正常情況下機(jī)械設(shè)備的動作時間長20%,若時間到,PLC還沒有收到執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作結(jié)束信號,則啟動報(bào)警。例如:XO為機(jī)床動力頭啟動信號輸入端,XI為機(jī)床動力頭終點(diǎn)行程開關(guān)輸入端,設(shè)正常情況下,運(yùn)行10S后到達(dá)終點(diǎn),YO為動力頭輸出Y10為報(bào)警輸出,梯形圖如圖2

      圖1

      對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:停電后利用后備電池供電有關(guān)狀態(tài)及信息,以防止信息丟失。

      提高輸出信號的可靠性:由于電磁干擾、噪聲、模擬信號誤差等因素的影響,會引起輸入信號的錯誤,引起程序判斷失誤,造成事故,例如按鈕的抖動,繼電器觸點(diǎn)的瞬間跳動都會引起系統(tǒng)誤動作,可以采用軟件延時去抖。對于模擬信號誤差的影響可采取對模擬信號連續(xù)采樣三次,采樣間隔根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換時間,和該信號的變化頻率而定,三個數(shù)據(jù)先后存放在不同的數(shù)據(jù)寄存器中,經(jīng)比較后取中間值或平均值作為當(dāng)前輸入值,梯形圖如圖3:

      在硬軟件方面采取各種措施后,PC的可靠性,抗干擾能力大提高。

      3 結(jié)束語

      隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,PLC的功能會日趨完善,在產(chǎn)品規(guī)模上向大小兩個方向發(fā)展。為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要,新器件,新模塊不斷推出,大大擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用范圍。在軟件方面,編程工具豐富多樣,功能不斷提高,編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍會越來越廣,會更好地為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)!

      [1]高欽和,PLC控制系統(tǒng)故障檢測與處理功能的實(shí)現(xiàn)(J)計(jì)算機(jī)自動測量與控制,2000,(3):19-20.

      [2]王兆義,可編程控制器教程(Z)北京,機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

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