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当前PLC控制系统的发展状况

编辑:兰州中科凯华科技开发有限公司时间:2018-12-20

当前PLC控制系统的发展状况

目前对PLC控制系统的定义有着不同的解释。其中最为广泛的一种是PLC控制系统作为一种数字运作的电子系统,可以说是专门应用在微工业环境中的控制电子系统设计。该系统采用能够编制程序的存储器,结合逻辑运算和顺序控制的方法,运用定时技术和算数运算指令,通过输入输出的模拟数字来控制不同的机械和生产过程。可以说PLC控制系统在工业方面的应用很广泛,是工业控制中最为常见的控制器,具有通用性强、方便性好、适应性广、可靠性高及较强的抗干扰性能等优点。

通常从结构上将PLC控制系统分为固定式和组合式两种。固定式PLC控制系统主要包括CPU板、显示面板、内存块和电源等,这些不同的元素构成了PLC的整体部分;组合式PLC控制系统主要包括CPU模块、内存、电源模块、底板等,这些组合配置可以按照一定的规则组合起来。

PLC控制系统是现代化企业迈向成功必不可少的要素,是微电子行业依循的重要控制系统。通过该系统能够有效地进行系统控制,实现对生产经营各个部门的协调、指导,是实现设计目标、产品增值的重要技术保证。对PLC控制系统的分析研究有助于提高企业产品优势,促进企业技术成果转化,加强企业之间在不同领域的交流,为企业营造良好的工作氛围和企业文化,使企业在经营过程中不断突破自我,在竞争中处于有利地位。另外,PLC控制系统的应用能使整个系统更加合理和高效,在很大程度上缩短产品的生产和运行周期,助推电子行业的跨越发展。

  目前虽然国内相关的一些公司及研究机构在PLC控制系统方面开展了部分基础技术研究工作,但还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。我国数控方面的专家一直以来也没有停止过对PLC控制系统的研究,越来越完善的产品逐渐呈现出来,但总体来说,我国PLC控制系统方面的产品起步较晚,与国外相比,发展比较迟缓。 

国产PLC在工控领域焕发新活力

PLC发展至今已有近40年的历史,随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展,工业控制领域已有翻天覆地的变化,PLC亦在不断的发展,正朝着新的技术发展,主要有以下几点:

一、PLC网络化技术的发展,其中有两个趋势

一方面,PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统,而是迅速向开放式系统发展,各大品牌PLC除形成自己各具特色的PLC网络系统、完成设备控制任务之外,还可以与上位计算机管理系统联网,实现信息交流,成为整个信息管理系统的一部分。

另一方面,现场总线技术得到广泛的采用,PLC与其他安装在现场的智能化设备,比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等,通过一根传输介质(比如双绞线、同轴电缆、光缆)链接起来,并按照同一通信规约互相传输信息,由此构成一个现场网络,这种网络与单纯的PLC远程网络相比,配置更灵活,扩展更方便,造价更低,性能价格比更好,也更具开放意义。

二、PLC向高性能小型化方向发展

PLC的功能正越来越丰富,而体积则越来越小,比如奥越信兼容西门子s7-200系列PLC,最小的机种,体积仅为60×90×75mm,相当于一个继电器,但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力,还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了,而是具有越来越强的模拟量处理能力,以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力,如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说,PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了,用PLC同样可以构成一个过程控制系统。

三、PLC操作向简易化方向发展

目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步,而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同,用户往往需要掌握更多种编程语言,难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点,用普通的方法对它们编程时,需要熟悉有关的特殊存储器的意义,在编程时对它们赋值,运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关,编程的过程既繁琐又容易出错,阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程,在这一点上西门子就充当了先行者,兼容西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导,只需要在对话框中输入一些参数,就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序,大大方便了用户的使用。

嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现:德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件,作为硬件平台,开发了多模人通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台,充分利用了CASE工具,结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库,专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。 

而在我国嵌入式PLC的发展空间,首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点:有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础,并拥有足够的、性价比全球最优的设计开发队伍。我们完全可以以最低的成本、较高的质量,并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式 PLC,来代替通用PLC。

  同时,嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活,易于剪裁,更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础,拿来就可用。SOC芯片、嵌入式操作系统与符合工EC61131-3编程语言标准的编程环境等优势,使得其在市场上很容易找到。 

4步教你轻松调试PLC控制系统

调试工作是检查PLC控制系统能否满足控制要求的关键工作,是对系统性能的一次客观、综合的评价。系统投用前必须经过全系统功能的严格调试,直到满足要求并经有关用户代表、监理和设计等签字确认后才能交付使用。调试人员应受过系统的专门培训,对控制系统的构成、硬件和软件的使用和操作都比较熟悉。

调试人员在调试时发现的问题,都应及时联系有关设计人员,在设计人员同意后方可进行修改,修改需做详细的记录,修改后的软件要进行备份。并对调试修改部分做好文档的整理和归档。调试内容主要包括输入输出功能、控制逻辑功能、通信功能、处理器性能测试等。

一、输入输出回路调试

(1)模拟量输入(AI)回路调试。要仔细核对I0模块的地址分配;检查回路供电方式(内供电或外供电)是否与现场仪表相一致;用信号发生器在现场端对每个通道加入信号,通常取0、50%或100%三点进行检查。对有报警、联锁值的AI回路,还要在报警联锁值(如高报、低报和联锁点以及精度)进行检查,确认有关报警、联锁状态的正确性。

(2)模拟量输出(AO)回路调试。可根据回路控制的要求,用手动输出(即直接在控制系统中设定)的办法检查执行机构(如阀门开度等),通常也取0、50%或100%三点进行检查;同时通过闭环控制,检查输出是否满足有关要求。对有报警、联锁值的AO回路,还要在报警联锁值(如高报、低报和联锁点以及精度)进行检查,确认有关报警、联锁状态的正确性。

(3)开关量输入(DI)回路调试。在相应的现场端短接或断开,检查开关量输入模块对应通道地址的发光二极管的变化,同时检查通道的通、断变化。

(4)开关量输出(DO)回路调试。可通过PLC系统提供的强制功能对输出点进行检查。通过强制,检查开关量输出模块对应通道地址的发光二极管的变化,同时检查通道的通、断变化。

二、回路调试注意事项

(1)对开关量输入输出回路,要注意保持状态的一致性原则,通常采用正逻辑原则,即当输入输出带电时,为“ON”状态,数据值为“1”;反之,当输入输出失电时,为“OFF”状态,数据值为“0”。这样,便于理解和维护。

(2)对负载大的开关量输入输出模块应通过继电器与现场隔离,即现场接点尽量不要直接与输入输出模块连接。

(3)使用PLC提供的强制功能时,要注意在测试完毕后,应还原状态;在同一时间内,不应对过多的点进行强制操作,以免损坏模块。

三、控制逻辑功能调试

控制逻辑功能调试,需会同设计、工艺代表和项目管理人员共同完成。要应用处理器的测试功能设定输入条件,根据处理器逻辑检查输出状态的变化是否正确,以确认系统的控制逻辑功能。对所有的联锁回路,应模拟联锁的工艺条件,仔细检查联锁动作的正确性,并做好调试记录和会签确认。

检查工作是对设计控制程序软件进行验收的过程,是调试过程中最复杂、技术要求最高、难度最大的一项工作。特别在有专利技术应用、专用软件等情况下,更加要仔细检查其控制的正确性,应留有一定的操作裕度,同时保证工艺操作的正常运作以及系统的安全性、可靠性和灵活性。

四、处理器性能测试

处理器性能测试要按照系统说明书的要求进行,确保系统具有说明书描述的功能且稳定可靠,包括系统通信、备用电池和其他特殊模块的检查。对有冗余配置的系统必须进行冗余测试。即对冗余设计的部分进行全面的检查,包括电源冗余、处理器冗余、I0冗余和通信冗余等。

(1)电源冗余

切断其中一路电源,系统应能继续正常运行,系统无扰动;被断电的电源加电后能恢复正常。

(2)处理器冗余

切断主处理器电源或切换主处理器的运行开关,热备处理器应能自动成为主处理器,系统运行正常,输出无扰动;被断电的处理器加电后能恢复正常并处于备用状态。

(3)I0冗余

选择互为冗余、地址对应的输入和输出点,输入模块施加相同的输入信号,输出模块连接状态指示仪表。分别通断(或热插拔,如果允许)冗余输入模块和输出模块,检查其状态是否能保持不变。

(4)通信冗余

可通过切断其中一个通信模块的电源或断开一条网络,检查系统能否正常通信和运行;复位后,相应的模块状态应自动恢复正常。

  冗余测试,要根据设计要求,对一切有冗余设计的模块都进行冗余检查。此外,对系统功能的检查包括系统自检、文件查找、文件编译和下装、维护信息、备份等功能。对较为复杂的PLC系统,系统功能检查还包括逻辑图组态、回路组态和特殊I0功能等内容。 

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