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輕松掌握PLC控制系統(tǒng)設計(一) 2016-07-18工控論壇 工控技術人員需要的干貨來了!!!本篇文章能讓讀者了解PLC控制系統(tǒng)設計的原則和一般流程；理解控制系統(tǒng)可靠性設計方法和調試方法；掌握硬件系統(tǒng)選型的方法。由于內容較多,我們分為三個片斷。 PLC控制系統(tǒng)設計原則 PLC控制系統(tǒng)設計原則 1）實用性 實用性是控制系統(tǒng)設計的基本原則。工程師在研究被控對象的同時，還要了解控制系統(tǒng)的使用環(huán)境，使得所設計的控制系統(tǒng)能夠滿足用戶所有的要求。硬件上要盡量的小巧靈活，軟件上應簡潔、方便。 2）可靠性 可靠性是控制系統(tǒng)極其重要的原則。對于一些可能會產生危險的系統(tǒng)，必須要保證控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定、安全、可靠的運行，即使控制系統(tǒng)本身出現(xiàn)問題，起碼能夠保證不會出現(xiàn)人員和財產的重大損失。在系統(tǒng)規(guī)劃初期，應充分考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，提出不同的設計方案，選擇一種非?？煽壳逸^容易實施的方案；在硬件設計時，應根據(jù)設備的重要程度，考慮適當?shù)膫浞莼蛉哂啵辉谲浖O計時，應采取相應的保護措施，在經過反復測試確保無大的疏漏之后方可聯(lián)機調試運行。 3）經濟性 這要求工程師在滿足實用性和可靠性的前提下，應盡量使系統(tǒng)的軟、硬件配置經濟、實惠，切勿盲目追求新技術、高性能。硬件選型時應以經濟、合用為準；軟件應當在開發(fā)周期與產品功能之間作相應的平衡。還要考慮所使用的產品是否可以獲得完備的技術資料和售后服務，以減少開發(fā)成本。 4）可擴展性 這要求工程師，在系統(tǒng)總體規(guī)劃時，應充分考慮到用戶今后生產發(fā)展和工藝改進的需要，在控制器計算能力和I/O端口數(shù)量上應當留有適當?shù)脑Ａ浚瑫r對外要留有擴展的接口，以便系統(tǒng)擴展和監(jiān)控的需要。 5）先進性 這要求工程師在硬件設計時，優(yōu)先選用技術先進，應用成熟廣泛的產品組成控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在一定時間內具有先進性，不致被市場淘汰。此原則與經濟性共同考慮，使控制系統(tǒng)具有較高的性價比。 PLC控制系統(tǒng)設計流程 設計控制系統(tǒng)時應遵循一定的設計流程，掌握設計流程，可以增加控制系統(tǒng)的設計效率和正確性。PLC控制系統(tǒng)的一般設計流程如圖1-1所示： 圖1-1 PLC控制系統(tǒng)設計流程圖 被控對象的分析與描述 分析被控對象就是要詳細分析被控對象的工藝流程，了解其工作特性。此階段一定要與用戶進行深入的溝通，確保分析的全面而準確。在控制系統(tǒng)設計時，往往需要達到一些特定的指標和要求，即滿足實際應用或是客戶需求。在分析被控對象時，必須考慮這些指標和要求。在全面的分析之后，就需要按照一定的原則，準確地用工程化的方法描述被控對象，為控制系統(tǒng)設計打好基礎。 1）系統(tǒng)規(guī)模 根據(jù)被控對象的工藝流程、復雜程度和客戶的技術要求確定系統(tǒng)的規(guī)模，可以分為大、中、小三種規(guī)模。確保硬件資源有一定裕量而不浪費。 小規(guī)模控制系統(tǒng)適用于單機或小規(guī)模生產過程，以順序控制為主，信號多為開關量，且I/O點數(shù)較少（低于128點），精度和響應時間要求不高。一般選用S7-200就可達到控制要求 中等規(guī)模控制系統(tǒng)適用于復雜邏輯和閉環(huán)控制的生產過程，I/O點數(shù)較多（128點到512點之間），需要完成某些特殊功能，如PID控制等。一般選用S7-300等。 大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)適用于大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網絡控制，I/O點數(shù)較多（高于512點），被控對象的工藝過程較復雜，對于精度和響應時間要求較高。應選用具有智能控制、高速通信、數(shù)據(jù)庫、函數(shù)運算等功能的高檔PLC，如S7-400等。 2）硬件配置 根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和客戶的技術對控制系統(tǒng)I/O點數(shù)進行估算。分析被控對象工藝過程，統(tǒng)計系統(tǒng)I/O點數(shù)和I/O類型。按照設備和生產區(qū)域的不同進行劃分，明確各個I/O點的位置和功能。再加上10%～20%的備用量列出詳細的I/O點清單。 3）軟件配置 根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求選擇適合的軟件，包括系統(tǒng)平臺軟件、編程軟件。 上位機監(jiān)控軟件的選擇。首先需考慮監(jiān)控的點數(shù)限制；是否有報警顯示、趨勢分析、報表打印以及歷史記錄功能。 4）控制功能 要正確的進行控制系統(tǒng)的規(guī)模選擇，首先要了解各家控制器的特性，比如性能參數(shù)、應用場合、行業(yè)解決方案，以及可靠性和通用性等。如何選擇一個控制系統(tǒng)，一般遵循以下幾點： 控制系統(tǒng)是否需要冗余、I/O信號模塊是否需要冗余、通訊是否需要冗余。 控制點數(shù)有多少，包括數(shù)字量輸入和輸出點數(shù)、模擬量輸入和輸出點數(shù)。 被控對象工藝是否復雜，是否需要實現(xiàn)特殊功能，比如防喘控制等。 系統(tǒng)正常運行時，控制器的負載率是否有足夠的工作裕量；I/O信號點是否需要一定的余量。 針對數(shù)字信號，是否需要繼電器隔離；考慮輸入信號的電壓和電流等級；輸出信號是否需要固態(tài)繼電器輸出。 針對模擬量信號，是否需要安全隔離柵；信號的類型，電壓型還是電流型；電壓和電流的測量范圍。不一樣的信號類型，需要選擇不一樣的I/O信號模塊。 用于溫度測量的信號模塊，考慮是熱電阻還是熱電偶。 信號模塊是否需要在線帶電插拔更換。如果需要，還需考慮附加特殊的背板插槽。 當系統(tǒng)和外部出現(xiàn)故障時，比如信號短路或鍛爐，這時信號模塊是否需要將輸入輸出信號自動切換到預先設置的安全值。如有要求，需考慮選用故障安全型的控制器和信號模塊。 當需要和第三方設備通訊時，需考慮通訊距離的長短，以及相應的通訊接口協(xié)議等，選用不同的通訊模塊。 針對系統(tǒng)中的重要連鎖信號，是否需要特殊的SOE模塊，來記錄信號變化的時間先后順序。 熟悉被控對象是設計控制系統(tǒng)的基礎。只有深入了解被控對象以及被控過程，才能夠提出合理科學的控制方案。 1）分析被控對象。詳細分析被控對象的工藝流程，了解其工作特性。此階段一定要與用戶進行深入的溝通，確保分析得全面而準確。 2）畫出工藝流程圖。經過第一步，應對被控對象的整個工藝流程有了深入的了解，為了更直觀、簡潔的表示，畫出工藝流程圖，為后面的系統(tǒng)設計做準備。 3）分析并明確控制任務。根據(jù)已經做好的工藝流程圖，工程師可以把用戶提出的控制要求轉換為專業(yè)術語，對其逐一進行分解，并從控制的角度將其中的要求轉化為多個控制回路。對于過程控制系統(tǒng)可用P&ID圖來表示其中的控制關系。 PLC控制系統(tǒng)總體設計 在控制系統(tǒng)設計之前，需要對系統(tǒng)的方案進行論證。主要是對整個系統(tǒng)的可行性作一個預測性的估計。在此階段一定要全面地考慮到設計和實施此系統(tǒng)將會遇到的各種問題。如果沒有做過相關項目的經驗，應當在實地仔細考察，并詳細地論證設計此系統(tǒng)中的每一個步驟的可行性。特別是在硬件實施階段中，稍有不慎，就會造成很大的麻煩，輕則系統(tǒng)不成功，重則會造成嚴重的人員和財產的損失。工程實施的過程中的阻礙，往往都是由于這一步沒有做足工夫而導致的。 系統(tǒng)的總體設計關系到整個系統(tǒng)的總體構架，每個細節(jié)都必須經過反復斟酌。首先要能夠滿足用戶提出的基本要求；其次是確保系統(tǒng)的可靠性，不可以經常出現(xiàn)故障，就算出現(xiàn)故障也不會造成大的損失；然后在經濟性等方面予以考慮。 一般來說，在系統(tǒng)總體設計時，需要考慮下面幾個問題： （1）確定系統(tǒng)是用PLC單機控制，還是PLC聯(lián)網控制；確定系統(tǒng)是采用遠程I/O還是本地I/O。主要根據(jù)系統(tǒng)的大小及用戶要求的功能來選擇。對于一般的中小型過程控制系統(tǒng)來說，PLC單機控制已基本能夠滿足功能要求。但也可借鑒集散控制系統(tǒng)的理念，即將危險和控制分散，管理與監(jiān)控集中。這樣可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。 （2）是否需要與其它部分通信。一個完整的控制系統(tǒng)，至少會包括三個部分：控制器、被控對象和監(jiān)控系統(tǒng)。所以對于控制器來說，至少要跟監(jiān)控系統(tǒng)之間進行通訊。至于是否跟另外的控制單元或部門通訊要根據(jù)用戶的要求來決定。一般來說，如果用戶沒有要求，也都會留有這樣的通訊接口。 （3）采用何種通信方式。一般來說，在現(xiàn)場控制層級用PROFIBUS DP；而從現(xiàn)場控制層級到監(jiān)控系統(tǒng)的通訊用PROFINET。但有時候也可互相通用，根據(jù)具體情況選擇合適的通信方式。 （4）是否需要冗余備份系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的所要求的安全等級，選擇不同的辦法。在數(shù)據(jù)歸檔時，為了讓歸檔數(shù)據(jù)不丟失，可以使用OS服務器冗余；在自動化站（Automation Station，AS），為了使系統(tǒng)不會因故障而導致停機或不可預知的結果，可以使用控制器冗余備份系統(tǒng)。選擇適當?shù)娜哂鄠浞?，可以使系統(tǒng)的可靠性得到大幅提高。 在進行控制系統(tǒng)選型之前，首先考慮系統(tǒng)的網絡結構是怎樣搭建的，網絡結構示意圖如圖1-2所示。 確定系統(tǒng)的操作站、過程控制站的數(shù)目和位置，相互之間是怎樣連接的。是否需要工業(yè)以太網交換機。 一般情況下，現(xiàn)場控制室和主控制室與電氣控制柜分別安放在兩個地方，且距離較遠，為保證信號的穩(wěn)定可靠，會考慮用光纜來連接各自的交換機。同時，為了通訊線路的冗余，會考慮選用帶榮譽管理功能的工業(yè)以太網交換機，將現(xiàn)場操作站和過程控制站組成一個光纖環(huán)網。這樣，即使有一個方向的通訊斷開，也可通過另一個方向繼續(xù)通訊。 對于過程控制站和現(xiàn)場信號之間的連接，傳統(tǒng)的連接方式是將現(xiàn)場信號直接通過硬件連接到過程控制站上。這樣如果距離太遠，信號傳輸會有損耗，尤其是模擬量信號。且當信號點很多時，布線也較復雜，浪費材料。所以，一般需在現(xiàn)場安裝分布式I/O從站（如果現(xiàn)場為危險區(qū)，需選用本質安全型的分布式I/O從站），將現(xiàn)場信號直接連接到I/O從站上，在通過現(xiàn)場總線的方式將信號傳送到過程控制站。 圖1-2 表示網絡結構示意圖 本文摘自：《西門子S7-300/400 PLC工程應用技術》；IT有得聊 輕松掌握PLC控制系統(tǒng)設計(二) 2016-07-22工控論壇 1.4PLC控制系統(tǒng)硬件設計 1傳感器與執(zhí)行器的確定 1. 傳感器的確定 傳感器相當于整個系統(tǒng)的“眼睛”，它的確定對系統(tǒng)有著至關重要的影響。一般來說，選擇一個傳感器時，應注意下面幾個問題：①測量范圍；②測量精度；③可靠性；④接口類型。 2. 執(zhí)行器的確定 執(zhí)行器相當于整個系統(tǒng)的“手臂”，其重要性不言而喻。與選擇傳感器相對應，在選擇執(zhí)行器時，應考慮到下面幾個問題：①輸出范圍；②輸出精度；③可靠性；④接口類型。 2PLC控制系統(tǒng)模塊的選擇 在硬件設計中，對輸入、輸出點進行估算是一個重要的工作，控制系統(tǒng)總的輸入、輸出點數(shù)可以根據(jù)實際設備的I/O點匯總，然后另加10%至20%的備用量估算。 1. 數(shù)字量I/O點數(shù)的確定 一般來說，一個按鈕要占一個輸入點；一個光電開關要占一個輸入點；而對于選擇開關來說，一般有幾個位置就要占幾個輸入點；對各種位置開關一般占一個或兩個輸入點；一個信號燈占一個輸出點。一般可用下式進行估算： 2. 模擬量I/O點數(shù)的確定 模擬量I/O點數(shù)的確定，一般應根據(jù)實際需要來確定，并預留出適當?shù)膫溆命c即可。 3. 存儲器容量的估算 這里所說的存儲器容量與用戶程序所需的內存容量不同，前者指的是硬件存儲器容量，而后者指的是存儲器中為用戶開放的部分。用戶程序所需的內存容量只能做粗略的估算，它與PLC的輸入/輸出點數(shù)成正比，此外，還受通信數(shù)據(jù)量、編程人員水平等因素的影響。一般內存容量估算經驗公式如下： 4. 控制模塊的選擇 確定了PLC的輸入/輸出點數(shù)及存儲器的容量后，下一步進行的是PLC模塊的選擇，主要包括CPU模塊，數(shù)字量和模擬量輸入/輸出模塊等； （1）對于CPU模塊選擇，一般要考慮到以下幾個問題： 1）通信端口類型 2）運算速度 3）特殊功能（如高速計數(shù)等） 4）存儲器（卡）容量 5）對采樣周期、響應速度的要求 （2）在選擇擴展模塊時，一般應注意以下方面： 1）模塊的電壓等級?？筛鶕?jù)現(xiàn)場設備與模塊間的距離來確定。當外部線路較長時，可選用交流220V電源；當外部線路較短，且控制設備相對較集中時，可選用DC24V電源。 2） 數(shù)字量輸出模塊的輸出類型。數(shù)字量輸出有繼電器、晶閘管、晶體管三種形式。在通斷不頻繁的場合應該選用繼電器輸出；在通斷頻繁的場合，應該選用晶閘管或晶體管輸出，注意晶閘管只能用于交流負載，晶體管只能用于直流負載。 3） 模擬量信號類型。模擬量信號傳輸應盡量采用電流型信號傳輸。因為電壓量信號極易引入干擾，一般電壓信號僅用于控制設備柜內電位器的設置，或者距離較近、電磁環(huán)境好的場合。 3控制柜設計 在大多數(shù)系統(tǒng)中，都需要設計控制柜，它可以將工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境與控制器隔離，使系統(tǒng)可靠的運行。一般來說，設計控制柜時應考慮到下面幾個問題： （1）尺寸大小。要根據(jù)現(xiàn)場的安裝位置和空間，設計合適的尺寸大小。切忌在設計完工之后才發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場不能安裝。而在外觀方面沒什么太嚴格的要求，只要看得簡潔明了就好。 （2）電路圖。在設計控制柜的電路圖時，一方面要考慮到工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，另一方面要考慮到系統(tǒng)的安全性。 （3）電源。在充分計算好系統(tǒng)所需的功率后，選擇合適的電源。并根據(jù)系統(tǒng)需要，選擇是否需要電源的備份。 （4）緊急停止。緊急停止與正常的停止運行有很大的不同，緊急停止主要從硬件的方式上確保了系統(tǒng)在出問題時的可靠和安全。 （5）其他。對于接線方式、接地保護、接線排的余量等問題，在設計時都要予以詳細的考慮。 4I/O模塊原理圖設計 I/O模塊原理圖是傳感器、執(zhí)行器與I/O模塊連接原理圖。在設計時，應多查閱相關的I/O模塊以及傳感器和執(zhí)行器的手冊資料，對其連接的方式應予以充分的了解。這樣在設計時才不會出現(xiàn)問題。同時還應考慮到裕量問題，即留出一部分I/O端口作備用，以便以后維修或者擴展之用。 1.5 PLC控制系統(tǒng)軟件設計 1控制軟件設計 控制軟件是整個控制系統(tǒng)的“思想”。經過工程師們漫長的摸索，總結出許多有用的開發(fā)方法。下面就其設計原則和流程進行探討。 1. 設計原則 控制軟件的設計應該遵循以下幾個原則： （1）正確性。首先要保證能夠完成用戶所要求的各項功能，確保程序不會出現(xiàn)人為的錯誤。 （2）可靠性。在滿足正確性的同時，也不可忽視。在設計時要設置事故報警、聯(lián)鎖保護等。還要對不同的工作設備和不同的工作狀態(tài)做互鎖設計，以防止用戶的誤操作；在有信號干擾的系統(tǒng)中，程序設計還應考慮濾波和校正功能，以消除干擾的影響。 （3）可調整性。程序設計應采用模塊化設計方式。要借鑒軟件工程中的“高內聚，低耦合”的思想。這樣，即便是程序出現(xiàn)了問題，或用戶想另增加功能時，能夠很容易的對其進行調整。 （4）可讀性強。在系統(tǒng)維護和技術改造時，一般都要在原始程序的基礎上改造。所以要求在編寫程序時，應力求語句簡單、條件清楚、可讀性強，以便系統(tǒng)的改進和移植。 2. 設計流程 控制軟件設計流程可大體上遵照圖1-3。 2監(jiān)控軟件設計 一個很好的監(jiān)控系統(tǒng)能夠使操作員更加輕松、方便和安全。監(jiān)控軟件的發(fā)展也非常迅速，不僅功能強大，而且開發(fā)周期明顯縮短，節(jié)省了開發(fā)的成本。一般來說，監(jiān)控軟件在設計時，應該包括以下幾個方面： （1）工藝流程界面。針對系統(tǒng)的總體流程，給操作員一個直觀的操作環(huán)境，同時對系統(tǒng)的各項運行數(shù)據(jù)也能實時的顯示。 （2）操作控制界面。操作員可能對系統(tǒng)進行開車、停車、手動/自動等一系列的操作，通過此界面可以很容易的操作。 （3）趨勢曲線界面。在過程控制中，許多過程變量的變化趨勢對系統(tǒng)的運行起著重要的影響，因此趨勢曲線在過程控制中尤為重要。 （4）歷史數(shù)據(jù)歸檔。為了方便用戶查找以往的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，需要將系統(tǒng)運行狀態(tài)進行歸檔保存。 （5）報警信息提示。當出現(xiàn)報警時，系統(tǒng)會以非常明顯的方式來告訴操作員，同時對報警的信息也進行歸檔。 （6）相關參數(shù)設置。有些系統(tǒng)隨著時間的運行，會一些參數(shù)會發(fā)生改變，操作員可根據(jù)自己的經驗對相應的參數(shù)進行一些調整。 輕松掌握PLC控制系統(tǒng)設計(三) 2016-07-27工控論壇 本篇文章能讓讀者了解PLC控制系統(tǒng)設計的原則和一般流程；理解控制系統(tǒng)可靠性設計方法和調試方法；掌握硬件系統(tǒng)選型的方法。由于內容較多,我們分為三個片斷。這是最后一個片段，重點講述可靠性、冗余、供電系統(tǒng)設計。 1.6 PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計 1環(huán)境技術條件設計 1. 可編程控制器的環(huán)境適應性 由于可編程控制器是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產廠家都把它設計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種控制器都有自己的環(huán)境技術條件，用戶在選用時，特別是在設計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。 一般可編程控制器及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠地工作： 溫度 工作溫度 0-55℃，最高為60℃ 保存溫度 -40℃- +85℃ 濕度 相對濕度 5%-95%（無凝結霜） 振動和沖擊 滿足國際電工委員會標準 電源 AC200V允許變化范圍 -15%—+15%,頻率 47-53 Hz 瞬間停電保持 10 ms 環(huán)境 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體 2. 環(huán)境條件對可編程控制器的影響 （1）溫度的影響 可編程控制器及其外部電路都是由半導體集成電路（簡稱IC）、晶體管和電阻、電容等元器件構成的，溫度的變化將直接影響這些元器件的可靠性和壽命。 溫度高時容易產生下列問題：IC、晶體管等半導體器件性能惡化，故障率增加和壽命降低；電容器件等漏電流增大，故障率增大，壽命降低；模擬回路的漂移變大，精度降低等。如果溫度偏低，除模擬回路精度降低外，回路的安全系數(shù)變小，超低溫時可能引起控制系統(tǒng)的動作不正常。特別是溫度的急劇變化（高低溫沖擊）時，由于電子器件熱脹冷縮，更容易引起電子器件的惡化和溫度特性變壞。 （2）濕度的影響 在濕度大的環(huán)境中，水分容易通過模塊上IC 的金屬表面缺陷浸入內部，引起內部元件的惡化，印刷板可能由于高壓或高浪涌電壓而引起短路。 在極干燥的環(huán)境下，絕緣物體上可能帶靜電，特別是MOS集成電路，由于輸入阻抗高，可能由于靜電感應而損壞。 控制器不運行時，由于溫度、濕度的急驟變化可能引起結露。結露后會使絕緣電阻大大降低，由于高壓的泄漏，可使金屬表面生銹。特別是AC220V、AC110V的輸入/輸出模塊，由于絕緣的惡化可能產生預想不到的事故。 （3）振動和沖擊的影響 一般可編程控制器能耐的振動和沖擊頻率為10~55Hz，振幅為0.5mm，加速度為2g，沖擊為10g（g=10m/s2）。超過這個極限時，可能會引起電磁閥或斷路器誤動作，機械結構松動，電氣部件疲勞損壞，以及連接器的接觸不良等后果。 （4）周圍空氣的影響 周圍空氣中不能混有塵埃、導電性粉末、腐蝕性氣體、水分、油份、油霧、有機溶劑和鹽分等，否則會引起下列不良反應：塵?？梢鸾佑|部分的接觸不良，或使濾波器的網眼堵住，使盤內溫度升高；導電性粉末可引起誤動作，絕緣性能變差和短路等，油和油霧可能會引起接觸不良和腐蝕塑料；腐蝕性氣體和鹽分可能會引起印刷板的底板或引線腐蝕，造成繼電器或開關類的可動部件接觸不良。 3. 改善環(huán)境設計 由上面的介紹可知，環(huán)境條件對可編程控制器的控制系統(tǒng)可靠性影響很大，為此必須針對具體應用場合采取相應的改善環(huán)境措施。這里介紹幾種常用、可行的有效措施。 (1) 高溫對策 如果控制系統(tǒng)的周圍環(huán)境溫度超過極限溫度（60℃），必須采取下面的有效措施。 1) 盤、柜內設置風扇或冷風機，通過濾波器把自然風引入盤、柜內。由于風扇的壽命不那么長，故必須和濾波器一起定期檢修。注意冷風機不能結露。 2) 把控制系統(tǒng)置于有空調的控制室內，不能直接放在日光下。 3) 控制器的安裝都應考慮通風，控制器的上下都要如圖1-4所示的那樣留有50mm的距離，I/O模塊配線時要使用導線槽，以免妨礙通風。 圖1-4 風路設計 4) 安裝時要把發(fā)熱體（如電阻器或電磁接觸器等）遠離控制器，或者把控制器安裝在發(fā)熱體的下面。 (2) 低溫對策 1) 盤、柜內設置加熱器，冬季時這種加熱器特別有效，可使盤、柜內溫度保持在0℃以上或者10℃左右。設置加熱器時要選擇適當?shù)臏囟葌鞲衅?，以便能在高溫時自動切斷加熱器電源，低溫時自動接通電源。 2) 停運時，不切斷控制器和I/O模塊電源，靠其本身的發(fā)熱量使周圍溫度升高，特別是在夜間低溫時，這種措施是有效的。 3) 在溫度急驟變化的場合，不要打開盤、柜的門，以防冷空氣進入。 (3) 濕度不宜對策 1) 盤、柜設計成密封型，并放入吸濕劑。 2) 把外部干燥的空氣引入盤、柜內。 3) 印刷板上再覆蓋一層保護層，如噴松香水等。 4) 在濕度低、干燥的場合進行檢修時，人體盡量不接觸模塊，以防感應電損壞器件。 (4) 防振和防沖擊措施 1）如果振動源來自盤、柜之外，可對相應的盤、柜采用防振橡皮，以達到減振目的。同時亦可把盤柜設置在遠離振源的地方，或者使盤柜與振源共振。 2）如果振動來自盤、柜內，則要把產生振動和沖擊的設備從盤、柜內移走，或單獨設置盤、柜。 3）強固控制器或I/O模塊印刷板、連接器等可能產生松動的部分或器件，連接線亦要固定緊。 (5)防周圍環(huán)境部清潔的措施 如果周圍環(huán)境空氣不清潔，可采取下面相應措施： 1） 盤、柜采用密封型結構。 2）盤、柜內打入高壓清潔空氣，使外界不清潔空氣不能進入盤柜內部 3）印刷板表面涂一層保護層，如松香水等。 所有上述措施都不能保證絕對有效，有時根據(jù)需要可采用綜合防護措施。 2控制系統(tǒng)的冗余設計 使用可編程控制器構成控制系統(tǒng)時，雖說控制器的可靠性或安全性高，然而無論使用什么樣的硬件，故障總是難免的，特別是控制器，對用戶來說它是一個黑箱子，一旦出現(xiàn)故障，用戶一點辦法都沒有。因此，在控制系統(tǒng)設計時必須充分考慮可靠性和安全性。 1. 環(huán)境條件富余 改善環(huán)境條件設計的目的在于使用控制器工作在合適的環(huán)境中，且使環(huán)境條件有一定富余量。如溫度，雖然控制器能在60℃高溫下工作，但為了保證可靠性，環(huán)境溫度最好控制在40℃以下，即留有三分之一以上的富余量，其他環(huán)境條件也是如此，最好留有三分之一以上的富余量。 2. 控制器的并行運行 用兩臺控制內容完全相同的控制器，輸入/輸出也分別連接到兩臺控制器，當某一臺控制器出現(xiàn)故障時，可切換到另一臺控制器繼續(xù)運行。 圖1-5所示是具體實現(xiàn)方法。圖示是外部硬接線，所有輸入/輸出都與兩臺控制器連接，當某一臺控制器出現(xiàn)故障時，由主控制器或人為切換到另一臺控制器，使其繼續(xù)執(zhí)行控制任務。當1號機的I0.0閉合，1號機執(zhí)行控制任務，當2號機的I0.0閉合時，由2號機執(zhí)行控制任務。 圖1-5 控制器并列運行 控制器并列運行方案僅適用于小規(guī)模的控制系統(tǒng)，輸入/輸出點數(shù)比較少，布線容易。對大規(guī)模的控制系統(tǒng)，由于I/O點數(shù)多，電纜配線變得復雜，同時控制系統(tǒng)成本相應增加（幾乎是成倍增加），這就限制了它的應用。 3. 雙機雙工熱后備控制系統(tǒng) 雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)僅限于控制器的冗余，I/O通道僅能做到同軸電纜的冗余，不可能把所有I/O點都冗余，只有在那些不惜成本的場合才考慮全部系統(tǒng)冗余。 4. 與繼電器控制盤并用 在老系統(tǒng)改造的場合，原有的繼電器控制盤最好不要拆掉，應保留其原來的功能，以便作為控制系統(tǒng)的后備手段使用。對于新建項目，最好不要采用此方案。因為小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中的控制器造價可做到和繼電器控制盤相當，因此以采用控制器并列運行方案為好。對于中大規(guī)模的控制系統(tǒng)，由于繼電器控制盤比較復雜，較費電纜線和工時，還不如采用控制器可靠，這時采用雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)方案為好。 5. 手動運行 如圖1-6所示，將手操開關與輸出信號線連接，當控制器出現(xiàn)故障時，由手操開關直接驅動負荷，仍能使系統(tǒng)運行。 圖1-6 手動運行 手操運行不能作為控制系統(tǒng)的主要運行方式，只能在設備調試時用，或作為臨時后備用。這是因為手操運行時沒有系統(tǒng)聯(lián)鎖信號，不符合系統(tǒng)安全運行規(guī)程。 3控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)設計 供電系統(tǒng)的設計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設計供電系統(tǒng)時應考慮下列因素： (1) 輸入電源電壓允許在一定得范圍內變化。 (2) 當輸入交流電斷電時，應不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)。 (3) 在控制系統(tǒng)部允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余。 (4) 當外部設備電源斷電時，應不影響控制器的供電。 (5) 要考慮電源系統(tǒng)的抗干擾措施。 為此，本書給出下面幾種實用供電系統(tǒng)設計方案，經實踐證明這幾種方案對提高控制系統(tǒng)的可靠性是有效地。 1. 使用隔離變壓器的供電系統(tǒng) 圖1-7所示是使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)，控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主回路電源分開。這樣當輸入/輸出供電斷電時不會影響控制器的供電。 圖1-7 使用隔離變壓器的供電系統(tǒng) 2. 使用UPS供電系統(tǒng) 不間斷電源UPS（uninterrupted power supply）是用電設備的保護神，平時處于充電狀態(tài)，當輸入交流電（220V）失電時，UPS能自動切換到輸出狀態(tài)，繼續(xù)向用電設備供電。 圖1-8所示是使用UPS的供電系統(tǒng)，根據(jù)UPS的容量，在交流電失電后可繼續(xù)向控制器供電10-30min。因此對于非長時間停電的系統(tǒng)，其效果是顯著的。 圖1-8 使用UPS的供電系統(tǒng) 1.7 PLC控制系統(tǒng)的調試 控制系統(tǒng)的調試可分為模擬調試和現(xiàn)場調試兩個過程。在調試之前首先要仔細檢查系統(tǒng)的接線，這是最基本也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。 1模擬調試 1. 軟件模擬調試 軟件在設計完成之后，可以首先使用PLCSIM進行仿真調試。該軟件操作方法簡單，靈活性高，使用方便。圖1-9為PLCSIM仿真軟件調試的界面圖。 圖1-9PLCSIM仿真軟件界面圖 2. 硬件模擬調試 用PLC硬件來調試程序時，用接在輸入端的小開關或按鈕來模擬PLC實際的輸入信號，例如用它們發(fā)出操作指令，或在適當?shù)臅r候用它們來模擬實際的反饋信號，例如限位開關觸點的接通和斷開。通過輸出模塊上各輸出點對應的發(fā)光二極管，觀察輸出信號是否滿足設計的要求。 可用事先編寫好的試驗程序對外部接線做掃描通電檢查來查找接線故障。不過為了安全考慮，最好將主電路斷開，當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調試程序下載到PLC進行調試，直到各部分的功能正常，并協(xié)調一致地完成整體的控制功能為止。 2現(xiàn)場調試 完成上述工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機調試，在調試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬件接線等方面的問題，以及程序設計中的問題，應對出現(xiàn)的這些問題，要及時加以解決。 現(xiàn)場調試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何的系統(tǒng)設計很難說不經過現(xiàn)場的調試就能正常使用。只有通過現(xiàn)場調試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序中不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序中存在的問題。 在調試過程中，如果發(fā)現(xiàn)問題，應及時與工藝人員溝通，確定其問題所在，及時對相應硬件和軟件部分進行調整。全部調試后，經過一段時間試運行，才能確認程序正確可靠，才能正式投入正常使用。