基于PLC控制系統(tǒng)平穩(wěn)長周期運(yùn)行的可行性技術(shù)保障
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圖2 電磁場(chǎng)的產(chǎn)生
2、關(guān)于系統(tǒng)的可靠性和可用性的問題
眾所周知,PLC具有很高的可靠性指標(biāo)，一般著名公司的PLC模塊其MTBF（平均無故障時(shí)間）都在幾萬到十幾萬小時(shí)，甚至幾十萬小時(shí)。但是以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可靠性又如何保證呢？
據(jù)美國自動(dòng)化行業(yè)的典型統(tǒng)計(jì)， 以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的故障分布率如下：
由此可見，一個(gè)控制系統(tǒng)中只有20%的故障可由PLC直接診斷，而80%的故障在PLC外部,需要用另外的方法解決故障診斷。研究表明，在對(duì)一個(gè)成套設(shè)備或設(shè)備的故障檢修時(shí)，有一半以上的時(shí)間花在檢查、分隔、和確認(rèn)故障及其發(fā)生地點(diǎn)的工作上。因此，要提高以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可用性，應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮外部故障的防止和診斷的措施。
1） 選用質(zhì)量可靠、性能好的輸入和輸出器件。
2） 充分利用PLC的軟元件資源（如專為外部故 障檢測(cè)準(zhǔn)備的軟元件），強(qiáng)化PLC系統(tǒng)的外部故障檢測(cè)的功能。充分利用PLC CPU模塊和其它智能模塊的自診斷功能，如CPU模塊對(duì)自身的及對(duì)I/O模塊的診斷及報(bào)警，通信模塊對(duì)有關(guān)通信的診斷，熱電偶輸入模塊對(duì)斷偶的報(bào)警，等。充分認(rèn)識(shí)PLC CPU的在線更換I/O模塊的功能。這時(shí)應(yīng)注意保持被更換的模塊所處的狀態(tài)，直到更換完畢再恢復(fù)直接從現(xiàn)場(chǎng)采集輸入信號(hào)，或直接向現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)。
3）正確選擇I/O模塊。絕大部分I/O模塊都是8個(gè)或16個(gè)或32個(gè)輸入/輸出點(diǎn)共用1個(gè)公共點(diǎn)。特別是對(duì)輸出模塊的輸出電流和流過公共點(diǎn)的電流均有限制。如某模塊每個(gè)輸出點(diǎn)的最大電流為0.5A，8個(gè)點(diǎn)共用1個(gè)公共點(diǎn)，流過它的最大電流為2A，這意味著只允許同時(shí)接通4點(diǎn)，否則會(huì)影響模塊的安全使用。對(duì)于輸入模塊，則要注意對(duì)一個(gè)公共點(diǎn)它允許同時(shí)可接通的點(diǎn)數(shù)（通常為60%）。在安排輸入/輸出的清單時(shí)，千萬不能忽略這個(gè)問題。
4）正確選擇輔助開關(guān)電源。注意電源有足夠的富裕容量。若安排雙電源作并聯(lián)運(yùn)行，一定要考慮適當(dāng)?shù)碾娐繁ＷC負(fù)載不會(huì)都由其中一個(gè)內(nèi)阻較低的那個(gè)電源承擔(dān)。
現(xiàn)在的模塊都采用新的集成電路元器件，元器件數(shù)量大為減少，電路板的熱設(shè)計(jì)均可保證在小型化的同時(shí)，長期可靠地工作。但是對(duì)于電源模塊來講，就比較難以達(dá)到這種境地。一般的電源模塊相對(duì)體積較大。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一定要十分注意這個(gè)問題，讓電源模塊有足夠的富裕容量。這種小錢沒有必要省，省了小錢可能造成隱患，教訓(xùn)并不鮮見。
5）容錯(cuò)能力。容錯(cuò)能力是一個(gè)控制器的主要指標(biāo)，它能檢測(cè)出瞬時(shí)或固有的故障并對(duì)其進(jìn)行在線修復(fù)。它提高了控制器的穩(wěn)定性。故障診斷程序，一定要在編控制程序的同時(shí)，考慮編故障診斷程序。有人把它稱為基于PLC的嵌入式故障診斷程序。
另外，還要注意輸入模塊的工作電壓足以保證0和1狀態(tài)正常翻轉(zhuǎn)，切勿把工作電壓定在接近0/1電平的下限，不然會(huì)產(chǎn)生工作不可靠的情況。
TRICON系統(tǒng)采用TMR技術(shù)，控制器包括三個(gè)完全獨(dú)立的分電路（電源是雙冗余的）。每個(gè)分電路與其它兩個(gè)電路并行處理應(yīng)用程序，并對(duì)所有離散IO數(shù)據(jù)進(jìn)行三取二的表決，對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行取中值的表決。由于每個(gè)分電路是與其它分電路完全隔離的，任何一個(gè)單點(diǎn)的故障都不會(huì)影響其它分電路，如一個(gè)分電路發(fā)生故障，其數(shù)據(jù)值會(huì)被其它的數(shù)據(jù)值覆蓋，操作員可對(duì)其進(jìn)修復(fù)或更換。TRICON具有在線診斷與自修復(fù)能力，對(duì)每個(gè)通道、每個(gè)模塊以及每個(gè)功能電路就進(jìn)行廣泛的診斷，并能及時(shí)報(bào)告錯(cuò)誤。允許日常的維護(hù)而為中斷控制。
3、關(guān)于接地的問題
接地是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。特別是我國長期以來在工礦企業(yè)中采用來自原蘇聯(lián)的三相四線制，把中線當(dāng)作零線用。220VAC電源取自一根相線和中線。在未大量使用集成電路和微處理器前，并不曾產(chǎn)生很多問題。但隨著集成電路和微處理器大量運(yùn)用于儀表、低壓電器、控制系統(tǒng)，甚至交直流傳動(dòng)控制后，正確處理接地便成為一個(gè)必須面對(duì)的技術(shù)問題。
對(duì)PLC控制系統(tǒng)來講，接地并不難處理。對(duì)一般以開關(guān)量為主、兼有一定的模擬量（4-20mA或1-5V等大信號(hào)）的系統(tǒng)，大多數(shù)情況下可以不接地（即浮空）。因?yàn)閷?duì)PLC來講，按日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，采用第三種接地，即接地電阻不大于100歐姆。如果你草率接了地，而這個(gè)地又是零線，并非真正的地，當(dāng)三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，零線的電位可能高達(dá)幾十伏特，弄不好就會(huì)使CPU故障，這方面的教訓(xùn)在國內(nèi)并不少見。如果系統(tǒng)中有熱電偶等小信號(hào)，接地的問題就要化點(diǎn)功夫了。為了避免交變感應(yīng)，在布線時(shí)要盡可能遠(yuǎn)離動(dòng)力線，或信號(hào)線與動(dòng)力線成正交排列，再加上電容濾波，在交流電源兩端接電源濾波器等措施，干擾問題不難解決。
4、關(guān)于軟硬件的配置問題
現(xiàn)代的PLC編程系統(tǒng)都是按IEC 61131-3的標(biāo)準(zhǔn)建立的。應(yīng)該說都貫徹了結(jié)構(gòu)化編程的基本方針。TRICON系統(tǒng)的編程軟件是MSW311，筆者用TS1131軟件（是MSW311的高級(jí)版本）對(duì)TRICON系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行了重新組態(tài)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)主機(jī)架的額定功率是175W，而實(shí)際組態(tài)為185W，超過額定功率10W，組態(tài)如圖3所示。如果按最初的設(shè)計(jì)實(shí)際組態(tài)的功率達(dá)225W（最初用2個(gè)EICM卡通訊，現(xiàn)在用2個(gè)NCM卡通訊），則過載40W。而2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架的實(shí)際功率均小于額定功率35W和75W，都不過載。
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