西門子6ES7 972-0CB35-0XA0西門子6ES7 972-0CB35-0XA0西門子6ES7 972-0CB35-0XA0西門子6ES7 972-0CB35-0XA0
SIEMENS西皇電氣設備有限公司
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訊程序設計在自動化系統(tǒng)的應用越來越廣泛，例如plc 與操作界面的數據交換，通過通訊對變頻器的控制， plc 的連網等等。
要想實現(xiàn) plc 的通訊編程，首先所選的 plc 必須有強大的通訊能力，就是說 plc 的操作系統(tǒng)能夠支持多種通訊格式，通常一種品牌的 plc 如果能夠提供給用戶更多的編程自由度，那么這種品牌的技術開發(fā)能力就越強大，大多數品牌只能提供固定格式的通訊格式或協(xié)議，這就大大局限了 plc 與其他智能設備的數據交換。
我們的 plc 產品具有 RS232 和光電隔離的 RS485 兩個自由通訊口 , 兩個通訊口可以同時收發(fā)數據，幾乎可以適應所有通訊格式，可以提供 CRC 和 BCC 等多種校驗方式。
以一臺 PLC 通過 485 通訊控制多個某品牌的變頻器為例：
如果該變頻器的波特率是 9600b/s ， 8 個數據位，奇校驗， 1 個停止位。那么首先必須在 plc 的嵌入 C 窗口的初始化代碼區(qū)編程一個通訊口設置語句： Set485Port(9600,o,8,1); 僅僅一個語句就完成了對 485 通訊口的編程。
由于 485 通訊必須設定主從關系，這里是 plc 控制多臺變頻器，所以 plc 必須設置為主，因此還需在初始化代碼區(qū)增加一個地址和主從設定語句： SetAddress(1,MASTER); 事實上，對于主控制器來說，地址已經失去意義。
通訊口已經設置完畢，下面就是如何根據要求將數據發(fā)送給變頻器。
例如一組 8 字節(jié)控制數據如下所示：
01h ----> 變頻器編號
03h ----> 命令
21h ----> 兩字節(jié)參數地址
02h
00h ----> 兩字節(jié)參數
02h
CRC ---> 兩字節(jié) CRC 校驗馬
CRC
PLC 程序：
Set485TBAddPointer(0);
AddNumberTo485TB(0x1);
AddNumberTo485TB(0x3);
AddNumberTo485TB(0x21);
AddNumberTo485TB(0x2);
AddNumberTo485TB(0x0);
AddNumberTo485TB(0x2);
AddCRCTo485TB();
Start485Transmit();
PLC 基礎知識簡介
在自動化控制領域， PLC 是一種重要的控制設備。目前，世界上有 200 多廠家生產 300 多品種 PLC 產品，應用在汽車（ 23% ）、糧食加工（ 16.4% ）、化學 / 制藥（ 14.6% ）、金屬 / 礦山（ 11.5% ）、紙漿 / 造紙（ 11.3% ）等行業(yè)。為了使各位初學者更方便地了解 PLC ，本文對 PLC 的發(fā)展、基本結構、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位網友有所幫助。
一、 PLC 的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM （通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller （ PC ）。
個人計算機（簡稱 PC ）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller （ PLC ），現(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC 。
PLC 的定義有許多種。國際電工委員會（ IEC ）對 PLC 的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。
上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40% 。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。
PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。
二、 PLC 的構成
從結構上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
三、 CPU 的構成
CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU ，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。
CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。
在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
四、 I/O 模塊
PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O ）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI ），開關量輸出（ DO ），模擬量輸入（ AI ），模擬量輸出（ AO ）等模塊。
開關量是指只有開和關（或 1 和 0 ）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下：
開關量：按電壓水平分，有 220VAC 、 110VAC 、 24VDC ，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（ 4-20mA,0-20mA ）、電壓型（ 0-10V,0-5V,-10-10V ）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。
除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按 I/O 點數確定模塊規(guī)格及數量， I/O 模塊可多可少，但其最大數受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。
五、電源模塊
PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC ），直流電源（常用的為 24VAC ）。
六、底板或機架
大多數模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。
七、 PLC 系統(tǒng)的其它設備
1 、編程設備：編程器是 PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。
2 、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。
3 、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如 EPROM 、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
八、 PLC 的通信聯(lián)網
依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 " 網絡就是控制器 " 的觀點說法。
PLC 具有通信聯(lián)網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數 PLC 具有 RS-232 接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。
PLC 的通信，還未實現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準， PLC 各廠家均有采用。
對于一個自動化工程 ( 特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng) ) 來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。
PLC 控制系統(tǒng)應用的抗干擾問題
隨著科學技術的發(fā)展， PLC 在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產和經濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC ，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求 PLC 生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。
2 電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾
2.1 干擾源及干擾一般分類
影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。
干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達 130V 以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng) I/O 模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。
2.2 PLC 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
2.2.1 來自空間的輻射干干擾
空間的輻射電磁場（ EMI ）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若 PLC 系統(tǒng)置于所射頻場內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對 PLC 內部的輻射，由電路感應產生干擾；而是對 PLC 通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和 PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。
2.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾
主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。
（ 1 ）來自電源的干擾
實踐證明，因電源引入的干擾造成 PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，后更換隔離性能更高的 PLC 電源，問題才得到解決。
PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。 PLC 電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。
（ 2 ）來自信號線引入的干擾
與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起 I/O 信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。 PLC 控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成 I/O 模件損壞數相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
（ 3 ）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（ EMC ）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使 PLC 系統(tǒng)將無法正常工作。
PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端 A 、 B 都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。
此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產生的地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響 PLC 內邏輯電路和模擬電路的正常工作。 PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響 PLC 的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。
2.2.3 來自 PLC 系統(tǒng)內部的干擾
主要由系統(tǒng)內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于 PLC 制造廠對系統(tǒng)內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統(tǒng)。
3 PLC 控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計
為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。
PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設計生產出具有較強抗干擾能力的產品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具有情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體工程的抗干擾設計時，應主要以下兩個方面。
3.1 設備選型
在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（ EMC ），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的 PLC 系統(tǒng)；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。 在選擇國外進口產品要注意：我國是采用 220V 高內阻電網制式，而歐美地區(qū)是 110V 低內阻電網。由于我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高 4 倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的 PLC 產品在國內工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產品時，按我國的標準（ GB/T13926 ）合理選擇。
3.2 綜合抗干擾設計
主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內容包括：對 PLC 系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。
4 主要抗干擾措施
4.1 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網引入的干擾
在 PLC 控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入 PLC 控制系統(tǒng)主要通過 PLC 系統(tǒng)的供電電源（如 CPU 電源、 I/O 電源等）、變送器供電電源和與 PLC 系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的?，F(xiàn)在，對于 PLC 系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和 PLC 系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少 PLC 系統(tǒng)的干擾。
此外，位保證電網饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（ UPS ）供電，提高供電的安全可靠性。并且 UPS 還具有較強的干擾隔離性能，是一種 PLC 控制系統(tǒng)的理想電源。
4.2 電纜選擇的敖設
為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產的電磁干擾，該工程投產后取得了滿意的效果。
不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。
4.3 硬件濾波及軟件抗如果措施
信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。
由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。
4.4 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)
接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。
系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對 PLC 控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于 1MHz ，所以 PLC 控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的 PLC 系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于 22mm2 的銅導線，總母線使用截面大于 60mm2 的銅排。接地極的接地電阻小于 2Ω ，接地極最好埋在距建筑物 10 ~ 15m 遠處，而且 PLC 系統(tǒng)接地點必須與強電設備接地點相距 10m 以上。
信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在 PLC 側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。
5 結束語
PLC 控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使 PLC 控制系統(tǒng)正常工作。
PLC 故障與顯示方法
在 PLC 控制系統(tǒng)中由于誤操作、外圍元件設備故障等會經常引發(fā)生產上的損失和安全事故，因此本文著重探討故障形成的各種類型并進行邏輯設計，同時將故障診斷信息通過特定的途徑進行顯示、報警和存檔。
關鍵詞 可編程控制器 故障診斷 邏輯圖
1 前言
在 PLC 組成的各類控制系統(tǒng)中， 由于復雜的邏輯關系、繁多的控制元件、分散的執(zhí)行機構和運行設備，一旦其中發(fā)生誤操作或者外圍元件、設備的故障將會造成生產上的損失和安全事故。那么在設計控制系統(tǒng)時必須充分考慮到這一點，在便于維護和檢修的前提下，自動、及時、準確地診斷和顯示各類故障信息就顯得尤其重要。本文就常見的故障診斷給予邏輯圖、示意圖的實現(xiàn)，并且探討一種實際可行的途徑將此信息顯示、報警和存檔。
2 PLC 系統(tǒng)的故障類型
PLC 系統(tǒng)的故障可以由以下幾種：
2.1 狀態(tài)矛盾診斷
紅外我們根據設備或元器件之間的信號，來檢查它們的實際狀態(tài)是否處于邏輯矛盾，如是則必然有其中的一個信號為假狀態(tài)。
比如某一上下滑動的氣缸，其上下端的接近開關如采用同種型號且常開一致的情況下，如出現(xiàn)兩接近開關的信號同為 “1” 時，說明其中一開關失靈，產生故障信息。用邏輯圖表示如下 ( 略 ) ：
圖中， I 1.0 和 I 1.1 分別表示上下限位，當 I 1.0 動作時， I 1.1 也動作時 PLC 診斷為故障 M 1.0 。類似的還有電機的正轉和反轉信號、行程開關的常開和常閉信號等均不能同時出現(xiàn)。
2.2 動作聯(lián)鎖條件故障
為保證特定設備的正常運行或執(zhí)行機構的正確動作，一般需要提供動作的聯(lián)鎖條件，比如安全開關、設備的就緒、其他動作的到位等。一旦其中一項不滿足且設備或執(zhí)行機構的啟動命令發(fā)出時，系統(tǒng)會顯示聯(lián)鎖條件故障。
比如造紙機烘缸傳動電機的正常運行，其首要條件為緊急安全開關（常閉 I 2.0 ）、烘缸潤滑油正常信號（常閉 I 2.1 ）、烘缸干毯跑偏器限位正常信號（常閉 I 2.2 ）。如該傳動啟動命令（ I 2.3 為 “1” ）輸出后，只要其中一個聯(lián)鎖條件不符和，就會產生動作聯(lián)鎖條件故障信息（ M 2.0 ）。
上圖 ( 略 ) 中，當故障信息出現(xiàn)后可以用復位按鈕（ I 2.4 ）進行復位。類似的情況除各類傳動聯(lián)鎖條件外，還有嚙合輥的動作聯(lián)鎖條件、 IR 紅外線投入運行聯(lián)鎖條件等。
2.3 動作不到位或命令發(fā)出后未動作診斷
氣在設備運行和執(zhí)行機構動作的命令發(fā)出后，為檢測其動作的有效性和準確率，常常需要設置一定的時間延遲來判斷動作的執(zhí)行情況。對于動作不到位檢測，需要在動作執(zhí)行末端或執(zhí)行的結果上加上檢測開關（如行程開關、感應開關、流量開關、紅外開關等）；對于未動作檢測，則需要在執(zhí)行前端或執(zhí)行的結果上加上檢測開關。
例如在一滑動氣缸的前端加上一感應開關（常開 I3.0 ），動作命令（ Q 3.0 為 “1” ）發(fā)生前執(zhí)行機構在前端位置，當動作命令 15 秒后仍未檢測到感應開關發(fā)生變化，則輸出未動作故障信息（ D 3.0 ）。該故障信息可用復位按鈕（ I 10.0 ）進行復位。
類似的情況除各類氣動、液動、電動執(zhí)行機構外，還有泵體的運行（通過流量檢測）、加熱器的投入（通過 PT 熱敏回路）等。
2.4 分步控制出錯診斷
在實際的設備運行中經常需要分步控制以實現(xiàn)自動化的要求，因此發(fā)現(xiàn)分步控制中的錯誤并將該出錯的分步顯示出來，便于系統(tǒng)的安全運行，這就是分步控制出錯診斷。
比如，某自動過程啟動后，有 3 個分步動作。在啟動命令信號發(fā)出后，先執(zhí)行分步 1 動作，然后對該動作的結果進行判斷，如正確繼續(xù)進入分步 2 動作，不正確則退出該自動過程，同時顯示故障信息 D 4.0( 分步 1 動作不充分 ) 。分步 2 、 3 動作的原理同分步 1 。待全部正確結束后才輸出完成信號。
具體的故障診斷示意圖如下 ( 略 ) ：
2.5 通訊控制故障診斷
PLC 系統(tǒng)的設計中常常會設計到與外圍設備的通訊，進行數據位的傳遞和交換。為確保該通訊控制模塊被正確調用和實時聯(lián)系，需要在其中放置一計數器，每執(zhí)行該通訊模塊就累加一次，并將該累加值存儲在 PLC 的數據塊中。當診斷程序在特定的時間內（根據不同的程序塊，時間設定也不同）檢測不到累加值的變化，就發(fā)出故障信息（通訊出錯）。計數器示意圖如下 ( 略 ) ：
當通訊初始化時，計數器的值選通為 1 ，以后就逐次累加 1 ，就得到了新計數器的值。
3 PLC 故障的顯示
將 PLC 控制系統(tǒng)的故障信息及時顯示出來并報警，有利于檢修時迅速找到故障點并展開工作；將故障信息的存檔則有利于系統(tǒng)的長期維護和歷史追述。
PLC 系統(tǒng)的故障信息一般存儲在數據塊（ DATA BLOCK ）中，如何通過增加外設來與此進行通訊或數據交換呢？通常情況下可采用以下幾種：
2 直接利用該 PLC 的 CPU 上 RS232 － C 、 RS422 － A 、 RS485 標準接口，直接編程與普通工業(yè) PC 電腦的串行口（ COM1 、 2 ）通訊，并安裝 “ 組態(tài)王 ” 等工控軟件。組態(tài)王目前的版本具有雙機熱備功能、加快 OPC 通訊速度、報警組從 32 個增加到 512 個優(yōu)點。其報警歷史數據可與 EXCEL 通訊，非常適合管控一體化。
2 直接利用 PLC 的編程口或在 PLC 系統(tǒng)中增加一塊通訊卡，與觸摸屏或文本顯示器連接。它的優(yōu)點具有具有報警列表功能，逐行實時顯示當前報警信息。
2 在 PLC 系統(tǒng)中直接加入一塊 PC 兼容卡，它能通過總線直接讀取數據塊并存儲在硬盤中。該 PC 兼容卡不僅有工業(yè) PC 機的各個特點，還能通過該卡上的鼠標、鍵盤和顯示器 VGA 接口直接進行操作、顯示，如西門子系統(tǒng)的 PC 兼容卡有 CP581 。
根據故障信息進行歸類，按故障的嚴重性分為嚴重出錯（ FAULT ）、故障報警（ ALARM ）、一般信息（ MESSAGE ）三類，并用不同的顏色進行標注，如為紅色、黃色、綠色；按故障的來源分為電氣責任（ E ）、儀表責任（ I ）、機械責任（ M ）和工藝責任（ T ）。
故障信息的存檔按照時間序列先進先出（ FIFO ）原理放置于常用的數據庫中，如 EXCEL 、 ACCESS 等。
4 結束語
在由 PLC 組成的控制系統(tǒng)中，要在繁多的元件、設備和復雜的邏輯關系的背后找到一條便利于維護和檢修的捷徑，關鍵就在于故障診斷程序的合理性、故障信息處理的規(guī)范化。本文對 PLC 系統(tǒng)故障的檢測、診斷、顯示、報警和存檔進行了探討，并用邏輯圖進行故障診斷。在實際的應用設計中，要根據具體情況確定故障點和故障類型，并采用不同的方法去進行編程。
