基于PLC控制系統平穩長(cháng)周期運行的可行性技術(shù)保障
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圖2 電磁場(chǎng)的產(chǎn)生
2、關(guān)于系統的可靠性和可用性的問(wèn)題
眾所周知,PLC具有很高的可靠性指標，一般著(zhù)名公司的PLC模塊其MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）都在幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)小時(shí)，甚至幾十萬(wàn)小時(shí)。但是以PLC為基礎的控制系統的可靠性又如何保證呢？
據美國自動(dòng)化行業(yè)的典型統計， 以PLC為基礎的控制系統的故障分布率如下：
由此可見(jiàn)，一個(gè)控制系統中只有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，在對一個(gè)成套設備或設備的故障檢修時(shí)，有一半以上的時(shí)間花在檢查、分隔、和確認故障及其發(fā)生地點(diǎn)的工作上。因此，要提高以PLC為基礎的控制系統的可用性，應在系統設計時(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(zhuān)為外部故 障檢測準備的軟元件），強化PLC系統的外部故障檢測的功能。充分利用PLC CPU模塊和其它智能模塊的自診斷功能，如CPU模塊對自身的及對I/O模塊的診斷及報警，通信模塊對有關(guān)通信的診斷，熱電偶輸入模塊對斷偶的報警，等。充分認識PLC CPU的在線(xiàn)更換I/O模塊的功能。這時(shí)應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直接從現場(chǎng)采集輸入信號，或直接向現場(chǎng)輸出信號。
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)。特別是對輸出模塊的輸出電流和流過(guò)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(guò)它的最大電流為2A，這意味著(zhù)只允許同時(shí)接通4點(diǎn)，否則會(huì )影響模塊的安全使用。對于輸入模塊，則要注意對一個(gè)公共點(diǎn)它允許同時(shí)可接通的點(diǎn)數（通常為60%）。在安排輸入/輸出的清單時(shí)，千萬(wàn)不能忽略這個(gè)問(wèn)題。
4）正確選擇輔助開(kāi)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)運行，一定要考慮適當的電路保證負載不會(huì )都由其中一個(gè)內阻較低的那個(gè)電源承擔。
現在的模塊都采用新的集成電路元器件，元器件數量大為減少，電路板的熱設計均可保證在小型化的同時(shí)，長(cháng)期可靠地工作。但是對于電源模塊來(lái)講，就比較難以達到這種境地。一般的電源模塊相對體積較大。作為系統設計者一定要十分注意這個(gè)問(wèn)題，讓電源模塊有足夠的富裕容量。這種小錢(qián)沒(méi)有必要省，省了小錢(qián)可能造成隱患，教訓并不鮮見(jiàn)。
5）容錯能力。容錯能力是一個(gè)控制器的主要指標，它能檢測出瞬時(shí)或固有的故障并對其進(jìn)行在線(xiàn)修復。它提高了控制器的穩定性。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(chēng)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，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系統采用TMR技術(shù)，控制器包括三個(gè)完全獨立的分電路（電源是雙冗余的）。每個(gè)分電路與其它兩個(gè)電路并行處理應用程序，并對所有離散IO數據進(jìn)行三取二的表決，對模擬數據進(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，其數據值會(huì )被其它的數據值覆蓋，操作員可對其進(jìn)修復或更換。TRICON具有在線(xiàn)診斷與自修復能力，對每個(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)報告錯誤。允許日常的維護而為中斷控制。
3、關(guān)于接地的問(wèn)題
接地是一個(gè)相當復雜的問(wèn)題。特別是我國長(cháng)期以來(lái)在工礦企業(yè)中采用來(lái)自原蘇聯(lián)的三相四線(xiàn)制，把中線(xiàn)當作零線(xiàn)用。220VAC電源取自一根相線(xiàn)和中線(xiàn)。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(wèn)題。但隨著(zhù)集成電路和微處理器大量運用于儀表、低壓電器、控制系統，甚至交直流傳動(dòng)控制后，正確處理接地便成為一個(gè)必須面對的技術(shù)問(wèn)題。
對PLC控制系統來(lái)講，接地并不難處理。對一般以開(kāi)關(guān)量為主、兼有一定的模擬量（4-20mA或1-5V等大信號）的系統，大多數情況下可以不接地（即浮空）。因為對PLC來(lái)講，按日本JIS標準，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(xiàn)，并非真正的地，當三相嚴重不平衡時(shí)，零線(xiàn)的電位可能高達幾十伏特，弄不好就會(huì )使CPU故障，這方面的教訓在國內并不少見(jiàn)。如果系統中有熱電偶等小信號，接地的問(wèn)題就要化點(diǎn)功夫了。為了避免交變感應，在布線(xiàn)時(shí)要盡可能遠離動(dòng)力線(xiàn)，或信號線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)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(wèn)題不難解決。
4、關(guān)于軟硬件的配置問(wèn)題
現代的PLC編程系統都是按IEC 61131-3的標準建立的。應該說(shuō)都貫徹了結構化編程的基本方針。TRICON系統的編程軟件是MSW311，筆者用TS1131軟件（是MSW311的高級版本）對TRICON系統的硬件配置進(jìn)行了重新組態(tài)實(shí)驗。結果發(fā)現主機架的額定功率是175W，而實(shí)際組態(tài)為185W，超過(guò)額定功率10W，組態(tài)如圖3所示。如果按最初的設計實(shí)際組態(tài)的功率達225W（最初用2個(gè)EICM卡通訊，現在用2個(gè)NCM卡通訊），則過(guò)載40W。而2個(gè)擴展機架的實(shí)際功率均小于額定功率35W和75W，都不過(guò)載。
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