淺析西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)

安太玉

摘? ?要：西門(mén)子PLC是我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)生活中最常見(jiàn)的可編程操控器之一，它改變了過(guò)去的接線邏輯，形式上也結(jié)合了信息化、微電子等新技術(shù)，強(qiáng)大的控制功能使得西門(mén)子PLC技術(shù)被大量企業(yè)、工廠所引進(jìn)。由于工廠生產(chǎn)過(guò)程中的一些客觀和主觀因素，PLC技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展受到了一定的干擾，從而影響了工廠的工作效率。本文通過(guò)對(duì)西門(mén)子PLC技術(shù)在工廠生產(chǎn)中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，從而總結(jié)出這些常見(jiàn)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：西門(mén)子PLC? 工廠應(yīng)用? 常見(jiàn)問(wèn)題? 應(yīng)對(duì)

PLC早期被稱(chēng)為可編程邏輯操控器，它是一種用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，本身具有微處理器，能夠隨時(shí)將控制指令載入內(nèi)存，儲(chǔ)存與執(zhí)行的效果很好，因此得以聞名。從1958年開(kāi)始，西門(mén)子SIMATIC系列PLC經(jīng)過(guò)C3、S3、S5、S7系列發(fā)展，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的可編程操控器之一，因?yàn)槠銽DC系統(tǒng)沿用了SIMADYN D技術(shù)內(nèi)核，S7系列目前已經(jīng)成為西門(mén)子自動(dòng)化系統(tǒng)最尖端、功能最強(qiáng)的可編程控制器。

1? 西門(mén)子PLC綜述

1.1 PlC的構(gòu)成

PLC硬件主要包含CPU、儲(chǔ)存器、輸入單元、輸出單元、通信接口和擴(kuò)展接口電源幾部分。第一，CPU為PLC的核心部分，通常會(huì)根據(jù)PLC機(jī)型配備不同種類(lèi)的CPU，例如通用微處理器、單片微處理器、位片式微處理器。CPU可以指揮PLC準(zhǔn)確接受編程器輸入的程序和數(shù)據(jù)，診斷機(jī)器故障等。第二，存儲(chǔ)器分為可讀可操作和只讀儲(chǔ)存器，主要用于存放一些系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。第三，輸入/輸出，又稱(chēng)I/O單元或I/O模塊，它負(fù)責(zé)PLC和工廠現(xiàn)場(chǎng)之間的連接，I/O接口能接受的輸入、輸出的信號(hào)個(gè)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。第四，通訊接口可以實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)視器、打印機(jī)等各種設(shè)備之間的通訊。第五，智能接口是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有它自己的CPU和程序，通過(guò)總線和PLC交換數(shù)據(jù)，在PLC協(xié)調(diào)之下獨(dú)立工作。第六，編程裝置可以編輯、調(diào)試、輸入用戶(hù)數(shù)據(jù)，監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行、系統(tǒng)的仿真。

1.2 西門(mén)子PLC的特點(diǎn)

第一，可靠性高。單片微型CPU的集成度高，輔之以電路保護(hù)和自診斷功能，抗干擾能力強(qiáng)，提高了PLC的可靠性。第二，操作簡(jiǎn)便。不需要大量的電子元件，連線很少，維修也相對(duì)簡(jiǎn)單，一般不會(huì)在操作上出現(xiàn)什么問(wèn)題。采用梯形圖等多種編程語(yǔ)言，操作靈活方便。第三，運(yùn)行快。PLC的控制由程序控制來(lái)執(zhí)行，在運(yùn)行速度上來(lái)說(shuō)是繼電器邏輯控制無(wú)法做到的。

1.3 西門(mén)子PLC工作的主要原理

PLC投入使用后會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段，每順序完成一次三個(gè)階段則算完成一個(gè)掃描周期，PLC的工作過(guò)程就是在一次次周期更替中實(shí)現(xiàn)的。掃描周期是判斷PLC好壞的重要指標(biāo)，周期的長(zhǎng)短與掃描速度和內(nèi)存程序息息相關(guān)。

1.3.1 輸入采樣階段

輸入采樣階段的掃描方式是依次的、定期的讀取輸入狀態(tài)和信息，將他們儲(chǔ)存在I/O映像區(qū)內(nèi)，這一過(guò)程結(jié)束后，即將轉(zhuǎn)入其他兩個(gè)階段。在后續(xù)兩個(gè)階段中，輸入映像區(qū)會(huì)進(jìn)行隔離保護(hù)，不以任何形式與外界發(fā)生信息的交互，直到下次掃描周期重新開(kāi)始[1]。

1.3.2 用戶(hù)執(zhí)行階段

用戶(hù)執(zhí)行階段的掃描順序是自上而下的，所以也叫梯形圖掃描，每次掃描的時(shí)候總是先從左邊的控制線路開(kāi)始，因?yàn)檫@些控制線路是由各個(gè)觸點(diǎn)連接形成的。按照先左后右、由上至下的順序來(lái)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，相關(guān)運(yùn)算結(jié)果將被傳送至輸出映像區(qū)，如果遇到跳轉(zhuǎn)的情況，則要求我們對(duì)跳轉(zhuǎn)條件做出分析。

1.3.3 輸出刷新階段

PLC真正的大量輸出發(fā)生在這一階段中，CPU基于I/O映像區(qū)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，刷新已有數(shù)據(jù)，最后再經(jīng)過(guò)輸出電路激活外設(shè)裝置，最終實(shí)現(xiàn)PLC與外設(shè)設(shè)備進(jìn)行信息交互這一終極目標(biāo)。

2? 西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中的問(wèn)題

西門(mén)子PLC作為一種控制能力極強(qiáng)的集成設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工廠工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，但是由于一些客觀或者人為的因素，很容易在使用該項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中出現(xiàn)一些已知的問(wèn)題或者覺(jué)察一些新的危機(jī)，因此我們應(yīng)當(dāng)注意下述的幾個(gè)問(wèn)題。

2.1 工作環(huán)境

PLC的使用一般不需要采取什么措施就可以投入到工廠的生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，但當(dāng)處于生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾強(qiáng)烈的情況下，對(duì)PLC安裝使用不當(dāng)時(shí)就會(huì)發(fā)生運(yùn)算法錯(cuò)誤的情況，進(jìn)而影響工作的效率。工作環(huán)境則包括溫度、濕度、震動(dòng)等等因素，其中對(duì)溫度的要求在0～55℃之間，一些工廠不能保證良好的通風(fēng)性，PLC在工作時(shí)處于發(fā)熱量較大的元件之下，影響PLC的工作效率。PLC的絕緣性對(duì)工廠環(huán)境的濕度是有要求的，當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于85%時(shí)，PLC的使用就受到了限制。部分工廠并沒(méi)有采取防震措施，也沒(méi)有人意識(shí)到為PLC設(shè)置專(zhuān)門(mén)的擺設(shè)地點(diǎn)的重要性，最終導(dǎo)致PLC工作的控制效果不能實(shí)現(xiàn)百分之百。

2.2 控制系統(tǒng)中存在干擾

電磁干擾是引起控制系統(tǒng)干擾的重要因素，直接影響了PLC工作穩(wěn)定性，從而出現(xiàn)了操作偏差，甚至?xí)斐晒S的損失，后果的嚴(yán)重性不堪設(shè)想[2]。PLC的使用主要靠電網(wǎng)來(lái)供給電量，空間磁場(chǎng)對(duì)供電系統(tǒng)的影響常有發(fā)生，這時(shí)候會(huì)出現(xiàn)電壓過(guò)高等混亂情況，共模干擾和差模干擾是兩種最常見(jiàn)的干擾模式，他們是指干擾雜訊流通路徑的方式，凡是來(lái)自電源火線經(jīng)由零線返回的雜訊都稱(chēng)為共模雜訊，因此共模干擾是一種非對(duì)稱(chēng)性干擾。而485通訊線由兩根雙絞線組成，差模干擾則是指通過(guò)兩者之間的電壓差來(lái)傳遞信號(hào)，是一種對(duì)稱(chēng)性干擾。

3? 西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中常見(jiàn)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

3.1 嚴(yán)格把控溫度、濕度、震動(dòng)、空氣等環(huán)境因素

第一，PLC操作過(guò)程中，要將工廠的空間溫度嚴(yán)格控制在0℃～55℃。在實(shí)際工作過(guò)程中，大部分工廠都是處于通風(fēng)情況較差且密閉的空間之內(nèi)，為保證西門(mén)子PLC的工作過(guò)程不出差錯(cuò)，此時(shí)一定要保證通風(fēng)效果，可以選擇安裝溫度調(diào)控裝置，避免空間溫度升高以及設(shè)備發(fā)熱后不能及時(shí)散熱的情況發(fā)生，盡量不要將PLC裝置安放在發(fā)熱散熱情況嚴(yán)重的裝置旁邊。

第二，保持PLC的絕緣性能良好，要使得工廠內(nèi)相對(duì)空氣濕度小于85%，尤其是在某些化工、石油等領(lǐng)域，避免出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

第三，雖說(shuō)在工廠作業(yè)過(guò)程中不能避免其他相關(guān)設(shè)備的震動(dòng)，但是考慮到PLC設(shè)備體積較小，容易發(fā)生共振的可能性更大，尤其是在10～55Hz情況下，更加容易引起間接的震動(dòng)，此時(shí)的震動(dòng)頻率已經(jīng)變成PLC故障的誘發(fā)因素。因此一定要減小震動(dòng)的頻率，采取有效的減震措施，例如可以充分在作業(yè)過(guò)程中使用減震膠等。

第四，在某些化工業(yè)的工廠中，經(jīng)常存在一些氰化物氣體或者是顆粒粉塵，這些腐蝕性氣體和粉塵對(duì)電路板都具有破壞作用，因此一定要加強(qiáng)空氣過(guò)濾處理，時(shí)刻注意工廠的通風(fēng)，也可以選擇將PLC安放在密閉性較好的控制室之中。

3.2 各種干擾問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略

3.2.1 電源輸入串聯(lián)LC濾波器

串聯(lián)濾波器具有一個(gè)阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，使得屏幕等設(shè)備可以有效的將電網(wǎng)造成的干擾給隔離開(kāi)來(lái)，達(dá)到減少供電系統(tǒng)對(duì)PLC對(duì)的干擾效果。

3.2.2 布線合理化

網(wǎng)線與點(diǎn)預(yù)先、動(dòng)力線、控制線都要對(duì)應(yīng)一一配線，將線槽分開(kāi)處理。保證接觸器線圈、大功率繼電器等與RC電路并聯(lián)使用。I/O輸入線要保證適當(dāng)長(zhǎng)度，不宜過(guò)長(zhǎng)，輸出線和輸入線在同一根電纜上不能共存[3]。

3.2.3 完善接地系統(tǒng)

完善接地系統(tǒng)，提高電子設(shè)備的電磁兼容性，一定要將電源線接地端與柜體連線后再接地。選擇正確的接地地點(diǎn)，不僅可以保證PLC工作的穩(wěn)定性，還可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。當(dāng)電源漏電或者柜體帶電的時(shí)候，可以將這些多余的電引入地下，總而保證工廠操作人員的生命安全。

3.3 熟練掌握故障診斷方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

通過(guò)編程器PG在線測(cè)試發(fā)現(xiàn)故障源點(diǎn)，可以采用“STACK”法與“BSTACK”法。對(duì)CPU顯示停止工作狀況時(shí)的診斷，首先應(yīng)該先觀察指示燈，慢閃代表有故障，快閃則代表需要重新輸入控制程序。觀察PLC組成原件是否有問(wèn)題、例如電源組件中的風(fēng)扇、后備電池等。檢查CPU控制面板上開(kāi)關(guān)是否啟動(dòng)，假如在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)STOP，那么則可以考慮為外界變成輸入了停止CPU運(yùn)行的指令，之后再對(duì)CPU面板上三個(gè)指示燈狀態(tài)進(jìn)行檢查。

3.4 提高用戶(hù)程序的穩(wěn)定性

我國(guó)目前西門(mén)子PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際工作中的環(huán)境處理問(wèn)題還沒(méi)有得到全部的解決，工作的穩(wěn)定性不能得到很好的保證，所以提高用程序的穩(wěn)定性就變得格外重要。PLC技術(shù)控制系統(tǒng)的電路可以分為內(nèi)部與外部，用銅線將兩個(gè)系統(tǒng)在設(shè)備的底部連接起來(lái)，以此來(lái)減少噪音對(duì)PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響[4]。

4? 結(jié)語(yǔ)

西門(mén)子PLC系統(tǒng)具有體積小、速度快等特點(diǎn)，它的功能性強(qiáng)、可靠程度高，在已經(jīng)取得重大成果的同時(shí)，不斷改善自己產(chǎn)品的不足，引進(jìn)新的技術(shù)結(jié)合，已有的成功經(jīng)驗(yàn)，在控制規(guī)模與結(jié)構(gòu)、性能與維護(hù)上也在不斷做出適應(yīng)社會(huì)變化的調(diào)整將西門(mén)子PLC系統(tǒng)推向了一個(gè)更高的高度。但目前西門(mén)在PLC在工廠生產(chǎn)應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題尚未得到解決，如何使西門(mén)子PLC系統(tǒng)更高效、更完善的走進(jìn)大家的視野是每一個(gè)研究者值得思考的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 王俊紅.西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中常見(jiàn)問(wèn)題及處理淺談[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（4）：57-58.

[2] 閆朕.西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（11）：158，160.

[3] 張旭.西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中存在的問(wèn)題及對(duì)策探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018，38（11）：110-111.

[4] 徐輝.西門(mén)子PLC在工廠應(yīng)用中常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（2）：220.