从PLC的工作原理知,PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的,其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关,不是靠物理过程,不是用线路;而是靠信息过程,用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。信息不同于物质与能量,有自身的规律。信息便于处理,便于传递,便于存储;信息还可重用,等等。正是由于信息的这些特点,决定了PLC的基本特点。
下面介绍PLC的四个特点:
1.功能丰富
PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。
它的指令多达几十条、几百条,可进行各式各样的逻辑问题的处理,还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的,它也都可作到。
它的内部器件,即内存中的数据存储区,种类繁多,容量宏大。I/O继电器,可以用以存储入、出点信息的,少的几十、几百,多的可达几千、几万,以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换,进行这么大规模的控制。
它的内部种种继电器,相当于中间继电器,数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器,怎么不多!
它的计数器、定时器也很多,是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块,其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字,再加一些标志位,即可成为定时器、计数器,所以才那么多。
而且,这些内部器件还可设置成丢电保持的,或丢电不保持的,即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。
它的数据存储区还可用以存储大量数据,几百、几千、几万字的信息都可以存,而且,掉电后还不丢失。
PLC还有丰富的外部设备,可建立友好的人机界面,以进行信息交换。可送入程序,送入数据,可读出程序,读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后,可转储,可打印。数据送入可键入,可以读卡入,等等。
PLC还具有通讯接口,可与计算机链接或联网,与计算机交换信息。自身也可联网,以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。
PLC还有强大的自检功能,可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度,提供了方便。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能;同时,也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。
像PLC这样集丰富功能于一身,是别的电控制器所没有的;更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
2.使用方便
用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为:首先PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线,更改程序比更改接线,当然要方便得多!
其次PLC的硬件是高度集成化的,已集成为种种小型化的模块。而且,这些模块是配套的,已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块,PLC厂家多有现货供应,市场上即可购得。所以,硬件系统配置与建造也非常方便。
正因如此,用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲,它的程序可编,也不难编。对硬件讲,它的配置可变,而且也易于变。
PLC有五个方面的方便:
(1)配置方便:可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC,那种类型的,用什么模块,要多少模块,确定后,到市场上定货购买即可。
(2)安装方便:PLC硬件安装简单,组装容易。外部接线有接线器,接线简单,而且一次接好后,更换模块时,把接线器安装到新模块上即可,都不必再接线。内部什么线都不要接,只要作些必要的DIP开关设定或软件设定,以及编制好用户程序就可工作。
(3)编程方便:PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器,但它通过程序(软件)与系统内存,这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC,内部继电器数都可以千计,时间继电器、计数也以百计。而且,这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多,用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多,也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上,哪有那么大的现实系统?若实在不够,还可联网进行控制,不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富,可毫不困难地实现种种开关量,以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区,可存储控制过程的所有要保存的信息。……由于PLC功能之强,发挥其在控制系统的作用,所受的限制已不是PLC本身,而是人们的想象力,或与其配套的其它硬件设施了。
PLC的外设很丰富,编程器种类很多,用起来都较方便,还有数据监控器,可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多,不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言,有的还可用BASIC语言、C语言,以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。
PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后,凡这种产品都可使用。生产一台,拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试,要省事及简单得多。
(4)维修方便:这是因为:
①PLC工作可靠,出现故障的情况不多,这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的第三个特点时,还将进一步介绍。
②即使PLC出现故障,维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号,如PLC支持内存保持数据的电池电压不足,相应的就有电压低信号指示。而且,PLC本身还可作故障情况记录。所以,PLC出了故障,很易诊断。同时,诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故,而模块的备件市场可以买到,进行简单的更换就可以。至于软件,调试好后不会出故障,再多只要依据使用经验进行调整,使之完善就是了。
(5)改用方便:PLC用于某设备,若这个设备不再使用了,其所用的PLC还可给别的设备使用,只要改编一下程序,就可办到。如果原设备与新设备差别较大,它的一些模块还可重用。
3.工作可靠
用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施,确保它能可靠工作。事实上,如果PLC工作不可靠,就无法在工业环境下运用,也就不成其为PLC了。
(1) 在硬件方面:
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且,CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰,能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的,而且为高度集成的,数量并不太多,也为其可靠工作提供了物质基础。
在机械结构设计与制造工艺上,为使PLC能安全可靠地工作,也采取了很多措施,可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度,有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备,一个主机工作,另一个主机也运转,但不参与控制,仅作备份。一旦工作主机出现故障,热备的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的,采用三取一的设计,CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作,终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零,做到万无一失。当然,这样的系统成本是很高的,只用于特别重要的场合,如铁路车站的道叉控制系统。
(2)软件方面:
PLC的工作方式为扫描加中断,这既可保证它能有序地工作,避免继电控制系统常出现的"冒险竞争",其控制结果总是确定的;而且又能应急处理急于处理的控制,保证了PLC对应急情况的及时响应,使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常,PLC系统都设置了"看门狗"(Watchingdog)监控程序。运行用户程序开始时,先清"看门狗"定时器,并开始计时。当用户程序一个循环运行完了,则查看定时器的计时值。若超时(一般不超过100ms),则报警。严重超时,还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时,则重复起始的过程,PLC将正常工作。显然,有了这个"看门狗"监控程序,可保证PLC用户程序的正常运行,可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令,以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序,对PLC的工作状况,以及PLC所控制的系统进行监控,以确保其可靠工作。
PLC每次上电后,还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的,用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施,才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上;出了故障平均修复时间也很短,几小时以至于几分钟即可。
曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中,多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因,即把PLC能可靠工作,作为它的指标。
4.经济合算
高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益,这是科技是生产力的体现,也是高新技术生命力之所在。PLC也是如此。
尽管使用PLC投资要大些,但从全面及长远看,使用PLC还是经济的。这是因为:
使用PLC的投资虽大,但它的体积小、所占空间小,辅助设施的投入少;使用时省电,运行费少;工作可靠,停工损失少;维修简单,维修费少;还可再次使用以及能带来附加价值等等,从中可得更大的回报。所以,在多数情况下,它的效益是可观的
PLC控制系统的安装与调试,涉及到各项工作,并且只能按序进行,一环紧扣一环,稍有不慎都将导致调试失败,不但延误工期,甚至会损坏设备。本文介绍了在现场实践中总结出的PLC控制系统的安装与调试技术经验,并对现场经常出现的安装、调试相关问题,提出探讨意见和解决方案。
系统的安装与调试
合理安排系统安装与调试程序,是确保高效优质地完成安装与调试任务的关键。经过现场检验并进一步修改后的总程序如图所示。
1、前期技术准备
系统安装调试前的技术准备工作越充分,安装与调试就会越顺利。前期技术准备工作包括下列内容:
(1)熟悉PC随机技术资料、原文资料,深入理解其性能、功能及各种操作要求,制订操作规程。
(2)深入了解设计资料、对系统工艺流程,特别是工艺对各生产设备的控制要求要有全面的了解,在此基础上,按子系统绘制工艺流。程联锁图、系统功能图、系统运行逻辑框图、这将有助于对系统运行逻辑的深刻理解,是前期技术准备的重要环节。
(3)熟悉各工艺设备的性能、设计与安装情况,特别是各设备的控制与动力接线图,并与实物相对照,以及时发现错误并纠正。
(4)在全面了解设计方案与PC技术资料的基础上,列出PC输入输出点号表(包括内部线圈一览表,I/O所在位置,对应设备及各I/O点功能)。
(5)研读设计提供的程序,对逻辑复杂的部分输入、输出点绘制时序图,一些设计中的逻辑错误,在绘制时序图时即可发现。
(6)分子系统编制调试方案,然后在集体讨论的基础上综合成为全系统调试方案。
2、PLC商检
商检应有甲乙双方共同进行,应确认设备及备品、备件、技术资料、附件等的型号、数量、规格,其性能是否完好待实验室及现场调试时验证。商检结果,双方应签署交换清单。
3、实验室调试
(1)PLC的实验室安装与开通制作金属支架,将各工作站的输入、输出模块固定其上,按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接,检查接线正确,供电电源等级与PLC电压选择相符合后,按开机程序送电,装入系统配置带,确认系统配置,装入编程器装载带、编程带等,按操作规程将系统开通,此时即可进行各项操作试验。
(2)键入工作程序
(3)模拟I/O输入、输出,检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性,该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符,程序是否畅通。若不相符或不能运行完成全过程,说明程序有误,应进行修改。在这一过程中,对程序的理解将逐步加深,为现场调试作好了准备,同时也可以发现程序不合理和不完善的部分,以便进一步优化。
调试方法有两种:①模拟方法:按设计做一块调试板,以钮子开关模拟输入节点,以小型继电器模拟生产工艺设备的继电器与接触器,其辅助接点模拟设备运行时的返回信号节点。其优点是具有模拟的真实性,可以反映出开关速度差异很大的现场机械触点和PLC内的电子触点相互连接时,是否会发生逻辑误动作。其缺点是需要增加调试费用和部分调试工作量。②强置方法:利用PLC强置功能,对程序中涉及现场的机械触点(开关),以强置的方法使其“通”、“断”,迫使程序运行。其优点是调试工作量小,简便,不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不全面,人工强置模拟现场节点“通”、“断”,会造成程序运行不能连续,只能分段进行。
根据我们现场调试的经验,对部分重要的现场节点采取模拟方式,其余的采用强置方式,取二者之长互补。
逻辑验证阶段要强调逐日填写调试工作日志,内容包括调试人员、时间、调试内容、修改记录、故障及处理、交接验收签字,以建立调试工作责任制,留下调试的手资料。对于设计程序的修改部分,应在设计图上注明,及时征求设计者的意见,力求准确体现设计要求。
4、PLC的现场安装与检查
实验室调试完成后,待条件成熟,将设备移至现场安装。安装时应符合要求,插件插入牢靠,并用螺栓紧固;通信电缆要统一型号,不能混用,必要时要用仪器检查线路信号衰减量,其衰减值不超过技术资料提出的指标;测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻;测量系统专用接地的接地电阻;检查供电电源等等,并做好记录,待确认所有各项均符合要求后,才可通电开机。
5、现场工艺设备接线、I/O接点及信号的检查与调整
对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认,在手动方式下进行单体试车;对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点,限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作,确认其正确性;对接收PLC输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查,确认其正确性;测量并记录其回路电阻,对地绝缘电阻,必要时应按输出节点的电源电压等级,向输出回路供电,以确保输出回路未短路,否则,当输出点向输出回路送电时,会因短路而烧坏模块。
一般来说,大中型PLC如果装上模拟输入输出模块,还可以接收和输出模拟量。在这种情况下,要对向PLC输送模拟输入信号的一次检测或变送元件,以及接收PLC模拟输出的调节或执行装置进行检查,确认其正确性。必要时,还应向检测与变送装置送入模拟输
入量,以检验其安装的正确性及输出的模拟量是否正确并是否符合PLC所要求的标准;向接收PLc模拟输出信号调节或执行元件,送人与PLC模拟量相同的模拟信号,检查调节可执行装置能否正常工作。装上模拟输入与输出模块的PLC,可以对生产过程中的工艺参数(模拟量)进行监测,按设计方案预定的模型进行运算与调节,实行生产工艺流程的过程控制。
本步骤至关重要,检查与调整过程复杂且麻烦,必须认真对待。因为只要所有外部工艺设备完好,所有送入PLC的外部节点正确、可靠、稳定,所有线路连接无误,加上程序逻辑验证无误,则进入联动调试时,就能一举成功,收到事半功倍的效果。
6、系统模拟联动空投试验
本步骤的试验目的是将经过实验室调试的PLC机及逻辑程序,放到实际工艺流程中,通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。
试验时,将PLC控制的工艺设备(主要指电力拖动设备)主回路断开二相(仅保留作为继电控制电源的一相),使其在送电时不会转动。按设计要求对子系统的不同运转方式及其他控制功能,逐项进行系统模拟实验,先确认各转换开关、工作方式选择开关,其他预置开关的正确位置,然后通过PLC起动系统,按联锁顺序观察并记录PLC各输出节点所对应的继电器、接触器的吸合与断开情况,以及其顺序、时间间隔、信号指示等是否与设计的工艺流程逻辑控制要求相符,观察并记录其他装置的工作情况。对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构,料位开关、限位开关、仪表的开关量与模拟量输入、输出节点,与其他子系统的联锁等,视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟,以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。
7、PLC控制的单体试车
本步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通,而使设备运转,并检查运转后的设备,其返回信号是否能正确送人PLC输入回路,限位开关能否正常动作。
其方法是,在PLC控制下,机内强置对应某一工艺设备(电动机、执行机构等)的输出节点,使其继电器、接触器动作,设备运转。这时应观察并记录设备运输情况,检查设备运转返回信号及限位开关、执行机构的动作是否正确无误。
试验时应特别注意,被强置的设备应悬挂运转危险指示牌,设专人值守。待机旁值守人员发出指令后,PLC操作人员才能强置设备起动。应当特别重视的是,在整个调试过程中,没有充分的准备,绝不允许采用强置方法起动设备,以确保安全。
8、PLC控制下的系统无负荷联动试运转
本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后,能否按工艺要求正确运行,信号系统是否正确,检验各外部节点的可靠性、稳定性。试验前,要编制系统无负荷联动试车方案,讨论确认后严格按方案执行。试验时,先分子系统联动,子系统的连锁用人工辅助(节点短接或强置),然后进行全系统联动,试验内容应包括设计要求的各种起停和运转方式、事故状态与非常状态下的停车、各种信号等。应尽可能地充分设想,使之更符合现场实际情况。事故状态可用强置方法模拟,事故点的设置要根据工艺要求确定。
在联动负荷试车前,一定要再对全系统进行一次全面检查,并对操作人员进行培训,确保系统联动负荷试车一次成功。
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