設(shè)計可編程控制系統(tǒng)時的故障防范
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，大量采用了可編程序控制系統(tǒng)，可編程序控制器能在惡劣的工作環(huán)境下正常工作，但其構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計、安裝、干擾等因素有時會出現(xiàn)故障。有些問題是在系統(tǒng)設(shè)計時考慮不周造成的。根據(jù)實踐中的經(jīng)驗和教訓，本文闡述可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計時應注意的問題。
1、一個系統(tǒng)中使用的成熟技術(shù)至少應占到75%以上
“成熟技術(shù)”一是經(jīng)過一定的生產(chǎn)實踐考驗的可編程控制器產(chǎn)品或類似設(shè)計，或者確定能在未來的生產(chǎn)實踐中，經(jīng)得起考驗；二是設(shè)計工作人員對于需要使用的技術(shù)要有經(jīng)驗或有掌握它的能力。設(shè)計與配置一個可編程序控制系統(tǒng)選用的技術(shù)與設(shè)計方案切實可行。因為一個生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，一旦做出來，要長久使用下去，難以找到機會反復修改。設(shè)計的硬件系統(tǒng)和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統(tǒng)中。若遇到發(fā)生破壞作用的條件，后果難以預料。
2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡要簡明而清晰
硬件結(jié)構(gòu)不要追求繁瑣，網(wǎng)絡組態(tài)不要追求交叉因素太多，要力求使用可編程序控制器自身配置的組網(wǎng)能力。在組成I/O機箱配套的模板時，建議型號簡單，力求一致，模板密度不宜過大。使用的結(jié)線點不宜過多，從目前機箱的制造和配線工藝來看，輸入與輸出配線密度不能太高。
3、控制系統(tǒng)的功能和管理系統(tǒng)的功能應嚴格劃分界限
由于可編程序控制器組成的過程控制系統(tǒng)中的實時性要求很高，而網(wǎng)絡通信是允許暫時失去通信聯(lián)系，過后自己能重新恢復，但是在重新恢復之前這一間隔時間可編程序控制器會處于失控。另外，在用多個可編程序控制器系統(tǒng)組成一個大系統(tǒng)時，對于主控制的關(guān)鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網(wǎng)絡通信傳送它的信息外，最好有使用它的I/O點做成的硬件聯(lián)鎖，特別是兩者之間“急停”的處理；雖然兩個系統(tǒng)都在自身的通信掃描中互相變換著“停止”或“急停”命令，但因一方在急停故障時已經(jīng)停止運行，另一方并未收到已停止的信息而照常運行，其后果難測。可編程序控制器控制系統(tǒng)關(guān)鍵的“急停”應先切除執(zhí)行機構(gòu)的電源，然后將其信號送入可編程序控制器，這樣可取得設(shè)備安全保護的時間。
4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀
用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列，每個“黑盒子”按照結(jié)構(gòu)化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調(diào)，但一定要明確。在設(shè)計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關(guān)系太多，或者語句因素太多，特殊條件太多，就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此，一個可編程控制器的用戶軟件的可讀性，即編寫的軟件能為大多數(shù)人讀懂，能理解可編程控制器在執(zhí)行這個語句時，“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護時的重要條件。
5、可編程序控制系統(tǒng)在硬件和軟件上的預置，有運行檢測的關(guān)鍵監(jiān)視條件
可編程序控制系統(tǒng)配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視，但從價格及反映現(xiàn)場狀態(tài)的時間來看，屏幕監(jiān)視尚不方便。關(guān)鍵的故障，或者在關(guān)鍵的機械設(shè)備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數(shù)字量輸出做成，用來監(jiān)視程序的正常運行，或用來調(diào)試程序，在指示燈旁配以功能標牌，可幫助操作人員確認可編程序控制系統(tǒng)的正常運行和及時反映故障。
6、設(shè)計大中型可編程序控制系統(tǒng)時不要耗盡它的硬件和軟件資源
對于設(shè)計的新系統(tǒng)，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時，同樣要估計用戶軟件對計算機資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數(shù)器/定時器的使用，要留有余地。因為在調(diào)試和運行后，軟件總會被修改、補充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實際的。
7、合理地配置可編程序控制器系統(tǒng)的冗余
可編程序控制系統(tǒng)可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統(tǒng)冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網(wǎng)通信完全冗余，其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產(chǎn)環(huán)境這種冗余很有必要。在設(shè)計系統(tǒng)中，要使配置冗余方式較為經(jīng)濟而又實用，力求使故障縮小在本設(shè)備身上。不要因某一設(shè)備發(fā)生故障，引起工藝流程中相關(guān)設(shè)備運行或狀態(tài)受到?jīng)_擊。
以上闡述的幾個方面，是在可編程序控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計時，要格外重視的問題，只有在設(shè)計系統(tǒng)時，考慮周到，系統(tǒng)投入運行之后，設(shè)計人員才能少些遺憾。
1、一個系統(tǒng)中使用的成熟技術(shù)至少應占到75%以上
“成熟技術(shù)”一是經(jīng)過一定的生產(chǎn)實踐考驗的可編程控制器產(chǎn)品或類似設(shè)計，或者確定能在未來的生產(chǎn)實踐中，經(jīng)得起考驗；二是設(shè)計工作人員對于需要使用的技術(shù)要有經(jīng)驗或有掌握它的能力。設(shè)計與配置一個可編程序控制系統(tǒng)選用的技術(shù)與設(shè)計方案切實可行。因為一個生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，一旦做出來，要長久使用下去，難以找到機會反復修改。設(shè)計的硬件系統(tǒng)和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統(tǒng)中。若遇到發(fā)生破壞作用的條件，后果難以預料。
2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡要簡明而清晰
硬件結(jié)構(gòu)不要追求繁瑣，網(wǎng)絡組態(tài)不要追求交叉因素太多，要力求使用可編程序控制器自身配置的組網(wǎng)能力。在組成I/O機箱配套的模板時，建議型號簡單，力求一致，模板密度不宜過大。使用的結(jié)線點不宜過多，從目前機箱的制造和配線工藝來看，輸入與輸出配線密度不能太高。
3、控制系統(tǒng)的功能和管理系統(tǒng)的功能應嚴格劃分界限
由于可編程序控制器組成的過程控制系統(tǒng)中的實時性要求很高，而網(wǎng)絡通信是允許暫時失去通信聯(lián)系，過后自己能重新恢復，但是在重新恢復之前這一間隔時間可編程序控制器會處于失控。另外，在用多個可編程序控制器系統(tǒng)組成一個大系統(tǒng)時，對于主控制的關(guān)鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網(wǎng)絡通信傳送它的信息外，最好有使用它的I/O點做成的硬件聯(lián)鎖，特別是兩者之間“急停”的處理；雖然兩個系統(tǒng)都在自身的通信掃描中互相變換著“停止”或“急停”命令，但因一方在急停故障時已經(jīng)停止運行，另一方并未收到已停止的信息而照常運行，其后果難測。可編程序控制器控制系統(tǒng)關(guān)鍵的“急停”應先切除執(zhí)行機構(gòu)的電源，然后將其信號送入可編程序控制器，這樣可取得設(shè)備安全保護的時間。
4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀
用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列，每個“黑盒子”按照結(jié)構(gòu)化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調(diào)，但一定要明確。在設(shè)計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關(guān)系太多，或者語句因素太多，特殊條件太多，就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此，一個可編程控制器的用戶軟件的可讀性，即編寫的軟件能為大多數(shù)人讀懂，能理解可編程控制器在執(zhí)行這個語句時，“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護時的重要條件。
5、可編程序控制系統(tǒng)在硬件和軟件上的預置，有運行檢測的關(guān)鍵監(jiān)視條件
可編程序控制系統(tǒng)配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視，但從價格及反映現(xiàn)場狀態(tài)的時間來看，屏幕監(jiān)視尚不方便。關(guān)鍵的故障，或者在關(guān)鍵的機械設(shè)備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數(shù)字量輸出做成，用來監(jiān)視程序的正常運行，或用來調(diào)試程序，在指示燈旁配以功能標牌，可幫助操作人員確認可編程序控制系統(tǒng)的正常運行和及時反映故障。
6、設(shè)計大中型可編程序控制系統(tǒng)時不要耗盡它的硬件和軟件資源
對于設(shè)計的新系統(tǒng)，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時，同樣要估計用戶軟件對計算機資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數(shù)器/定時器的使用，要留有余地。因為在調(diào)試和運行后，軟件總會被修改、補充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實際的。
7、合理地配置可編程序控制器系統(tǒng)的冗余
可編程序控制系統(tǒng)可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統(tǒng)冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網(wǎng)通信完全冗余，其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產(chǎn)環(huán)境這種冗余很有必要。在設(shè)計系統(tǒng)中，要使配置冗余方式較為經(jīng)濟而又實用，力求使故障縮小在本設(shè)備身上。不要因某一設(shè)備發(fā)生故障，引起工藝流程中相關(guān)設(shè)備運行或狀態(tài)受到?jīng)_擊。
以上闡述的幾個方面，是在可編程序控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計時，要格外重視的問題，只有在設(shè)計系統(tǒng)時，考慮周到，系統(tǒng)投入運行之后，設(shè)計人員才能少些遺憾。
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