可編程控制器(PLC)調試時應注意的問題

　　摘 要： 可編程控制器（PLC）的應用越來越多，調試前應該做哪些工作，I/O端子的調試和系統的調試的方法，調試時候應該注意什么問題，這些機電專業的技術人員都應該把握住。
　　關鍵詞： 可編程控制器（PLC） I/O端子 系統 調試
　　
　　可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等顯著的優點而廣泛應用于機械、冶金、礦山、石油化工、輕工、交通等所有工業行業，成為工業自動化領域中最重要、應用最多的控制設備，并已躍居現代工業自動化三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之首。隨著PLC控制應用的普及，PLC產品數量越來越多，而且功能也日趨完善。三菱（MITSUBISHI）公司是日本生產可編程控制器的主要生產廠家之一，其PLC可分為F系列、FX系列、A系列、Q系列和ALPHA系列。德國西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子與電氣設備制造商，生產的SIMATIC可編程控制器在歐洲具有領先水平。SIMATICS7系列是西門子公司于1996年推出的新型PLC產品，它包括S7-200、中型S7-300、大型S7-400等系列。美國ROCKWE1公司所屬A-B（ALLEN—BRDLEY）公司是世界上著名的PLC制造商。其產品門類齊全，大中型有PLC-5系列、小型機有PLC500系列，微型機有MICRO系列。可編程控制器（PLC）是在繼電器接觸器控制和計算機控制基礎上開發的工業自動控制裝置，是由計算機技術在工業控制領域的一種應用技術。進入20世紀80年代以來，隨著微機技術和微電子技術的迅速發展，極大地推動了PLC在世界范圍內的發展，其功能越來越全面，應用范圍越來越廣，已廣泛應用在各種機械和生產過程的自動控制中。我國自七十年代末開始對PLC進行研究、生產和應用。隨著國力的增強和生產力的提高，PLC已經滲透到了各個領域。PLC控制系統程序調試一般包括：I/O端子測試和系統調試兩部分內容。
　　一、調試前期的準備工作
　　1.調試前的準備
　　（1）調試時必需的工具：一個螺絲刀、一臺萬用表，還是必備的。另外，如果要與現場的儀表傳感器進行系統聯調的時候，還要有一臺信號發生器來模擬現場儀表的信號，以確定當發生問題時，現場的信號是完好的。一臺結實的手提電腦，是編程和調試的必需的工具。有一些常被忽視的小東西，如電工膠帶、熱縮套管、束線帶，等等。如果現場接線已經完成了，就要準備好一些與信號線相同的電纜和一些固定基座的螺絲。雖然現場的貨物清單可能會已經考慮了備品備件的問題，但為了應付萬一的情況，有些備件最好還是隨身攜帶。首先是PLC的基板（有的成為機架）、電源、CPU模塊，因為這些是一臺PLC能夠工作的基礎，如果現場只有一套系統，那么這些模塊就只有一個，假如沒有備份的話，一旦出現故障，你的所有的工作都必須停下來。因此最好帶上一套。其他的I/O模塊和通訊模塊，如果現場只有一個的，你都要考慮在多帶一個。對于那些現場已經有兩塊以上的模塊，你就不用考慮自己帶了。
　　（2）索取調試時必需的資料，確保自己清晰地理解了要完成的工作目標和設計者的意圖。不要輕易否定設計者的方案，也不要輕易地說別人哪里設計得不行。方案設計中，最容易出問題的地方是通訊，現場調試最麻煩的地方也是通訊，所以對于通訊的部分，你必須清晰地了解系統的框架結構，并且對需要進行通訊的東西在出發前就要全部進行一遍調試，而且要確認其中的所有需要通訊的模塊是可以通訊的。比如，操作臺電腦、觸摸屏、PLC、變頻器、其他的PLC、一些智能儀表和儀器，如果這些東西需要通訊的話，你必須要確認它們相互之間是可以通訊的，如果你不確認的話，就要與廠家聯絡，并親自再試一次。如果PLC的節點數較多，就要考慮距離和廠家CPU的限制。
　　（3）對調試的現場工作進行一個簡單的規劃，通常應當采取如下的步驟：1）系統的規劃；2）I/O模塊選擇與地址設定；3）梯形圖程序的編寫與系統配線；4）梯形圖程序的仿真與修改；5）系統試車與實際運轉；6）程序注釋和歸檔。以上工作中，復雜的系統規劃可能需要幾天甚至更長的時間，但一個簡單的系統規劃在一個具有良好的職業習慣的編程工程師手中，可能只需要幾個小時。
　　2.調試時的注意事項
　　（1）熟悉現場環境及設備。
　　（2）熟悉電源模塊的配置。例如，電源模塊通常有5A和10A的分別，如果模塊較少，可以選用功率小的電源模塊；如果模塊較多，則應該選用大功率的電源模塊。而一般，如果現場儀表需要PLC也供應24V直流電源而不是采用外部電源供電（如RTU）的情景，通常CPU所在的機架上選用大功率的電源比較合理。
　　（3）基座安裝（RACK）時，在決定控制箱內各種控制組件及線槽位置后，要依照圖紙所示尺寸，標定孔位，鉆孔后將固定螺絲旋緊到基座牢固為止。在裝上電源供應模塊前，必須同時注意電源線上的接地端有無與金屬機殼連結，若無則須接上。接地不好的話，會導致一系列的問題，靜電、浪涌、外干擾，等等。由于不接地，往往PLC也能夠工作，因此不少經驗不足的工程師就誤以為接地不那么重要了。這就像登山的時候，沒有系上保護纜繩一樣，雖然你正常前進的時候，保護纜繩沒有任何作用，但一旦你失足的時候，沒有那根繩子，你的生命就完結了。PLC的接地，就相當于給PLC系上保護纜繩。
　　（4）做好靜電的隔離。靜電是無形的殺手，但可能因為不會對人造成生命危險，所以許多人常常忽視它。在中國的北方、干燥的場所，人體身上的靜電都是造成靜電損壞電子組件的因素。雖然你被靜電打到的話，只不過是輕微的酥麻，但這對PLC和其他任何電子器件就足以致命了。要避免靜電的沖擊有下列三種方式：1）在進行維修或更換組件時，請先碰觸接地的金屬，以去除身上的靜電；2）不要碰觸電路板上的接頭或是IC接腳；3）電子組件不使用時，請用有隔離靜電的包裝物，將組件放置在里面。想象PLC里的元器件是一個嬌嫩的嬰兒，而那些靜電會導致這個嬰兒死亡，你就會更容易以正確的態度對待這個問題了。
　　（5）檢查接線，這是要強調的一個問題，也是十分簡單但卻幾乎每個項目都會遇到的PLC接線。這往往是經驗不足的工程師常常忽略的一個問題。其實，現場調試大部分的問題和工作量都是在接線方面。有經驗的工程師首先應當檢查現場的接線。通常，如果現場接線是由用戶或者其他的施工人員完成的，則通過看其接線圖和接線的外觀，就可以對接線的質量有個大致的判斷。然后要對所有的接線進行一次完整而認真的檢查。現場由于接線錯誤而導致PLC被燒壞的情況屢次發生，在進行真正的調試之前，一定要認真地檢查。即便接線不是你的工作，檢查接線也是你的義務和責任，而且可以省去你后面大量的時間。
　　（6）在設計交底的過程中要指出的是，對于設計中的任何變更，你只能提建議，而不是擅自做修改。因為，現場工程師的職責是按照設計施工，而不是設計。因此，對于現場發現的任何不合理的東西，你可以提出意見，但必須要等到設計變更確認書到你手里后，你才能按照變更后的設計工作，盡管這個變更可能是你的意見。還有，即使最初的設計也是你做的，你在變更后，也要通知用戶，并取得用戶的書面同意。
　　（7）現場修改已經運行時常被忽略的一個問題是，工程師忘記將PLC切換到編程模式，雖然這個錯誤不難發現，但工程師在疏忽時，往往會誤以為PLC發生了故障，因此耽誤了許多時間。
　　
　　二、I/O端子的調試
　　1.檢查輸入端子。可采用手動開關、按鈕暫時代替現場輸入信號，逐一對PLC輸入端子進行檢查，PLC輸入端子的指示燈點亮，表示正常;否則，應檢查接線或者是I/O點壞。
　　2.檢查輸出端子。可以編寫一個小程序，在輸出電源良好的情況下，檢查所有PLC輸出端子指示燈是否全可以亮。如端子的指示燈可以點亮，表示正常。否則，應檢查接線或者是I/O點壞。
　　三、系統的調試
　　系統調試又可分為模擬調試、聯機調試和現場調試三步，良好的調試步驟有利于加速總裝調試的過程。
　　1.模擬調試——也稱程序初調
　　在梯形圖程序撰寫完成后，一般先作模擬調試。將程序寫入PLC，便可先行在PC與OpenPLC系統做在線連接，以執行在線仿真作業。倘若程序執行功能有誤，則必須進行除錯，并修改梯形圖程序。模擬調試的基本措施是，以方便的形式模擬產生現場實際狀態，為程序的運行創造必要的環境和條件。根據產生現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。
　　（1）硬件模擬法是使用一些硬件設備（如用另一臺相同的PLC或一些輸入器件等）模擬產生現場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統的輸入端，其時效性較強。
　　（2）軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。模擬調試過程中，可采用分段調試的方法，并利用編程器的監控功能。也可以通過仿真軟件來代替PLC硬件在計算機上調試程序。用編程軟件將輸出點強制ON/OFF，觀察對應的控制柜內PLC負載（指示燈，接觸器等）的動作是否正常，或對應的接線端子上的輸出信號的狀態變化是否正確。
　　程序調試過程中先發現錯誤，后進行糾錯。基本原則是“集中發現錯誤，集中糾正錯誤”，直到滿足設計的要求為止調試時先從各功能單元入手，設定輸入信號，觀察輸出信號的變化情況。各功能單元調試完成后，再調試全部程序，調試各部分的接口情況，直到滿意為止。程序調試通常在實驗室進行，如果程序簡單或者時間急也可以在現場進行。如果在現場進行測試，必須將可編程控制器系統與現場信號隔離，可以切斷輸入/輸出模板的外部電源，以免引起機械設備動作。
　　2.聯機調試——也稱程序在線細調
　　聯機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統調。調試時，主電路一定要斷電，只對控制電路進行聯機調試。聯機調試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件和程序作調整。通常只需修改部分程序即可。方法是把編制好的程序下載到現場的PLC中，把PLC控制單元的工作方式設置為“RUN”開始運行。反復調試消除可能出現的各種問題。在調試過程中也可以根據實際需求對硬件作適當修改以配合軟件的調試。應保持足夠長的運行時間使問題充分暴露并加以糾正。調試中多數是控制程序問題。
　　3.現場調試——也稱設備調試
　　PLC現場調試是指在工業現場，所有設備都安裝好后，所有連接線都接好后的實際調試。也是PLC程序的最后調試。現場調試的目的是，調試通過后，可交給用戶使用，或試運行。現場調試前應準備好硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、PLC程序，以及調試大綱。在正式調試前必須全面檢查整個PLC控制系統，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線，等等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下即可依大綱，按部就班地一步步推進。開始調試時，設備可先不運轉，甚至了不要帶電。可隨著調試的進展逐步加電、開機、加載，直到按額定條件運轉。一般分以下幾步進行:（1）對每一個現場信號和控制量做單獨測試;（2）檢查硬件/修改程序;（3）對現場信號和控制量做綜合測試;（4）帶設備調試;（5）調試結束。
　　具體操作過程如下:
　　（1）要查接線、核對地址。要逐點進行，要確保正確無誤。可不帶電核對，那就是查線，較麻煩。也可帶電查，加上信號后，看電控系統的動作情況是否符合設計的目的。（2）檢查模擬量輸入輸出。看輸入輸出模塊是否正確，工作是否正常。必要時，還可用標準儀器檢查輸入輸出的精度。（3）檢查與測試指示燈。控制面板上如有指示燈，應先對應指示燈的顯示進行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一方面，檢查邏輯關系是否正確。指示燈是反映系統工作的一面鏡子，先調好它，將對進一步調試提供方便。（4）檢查手動動作及手動控制邏輯關系。完成了以上調試，繼而可進行手動動作及手動控制邏輯關系調試。要查看各個手動控制的輸出點，是否有相應的輸出以及與輸出對應的動作，然后再看各個手動控制是否能夠實現。如有問題，立即解決。（5）單周期工作。如系統有單周期工作，就先調試單周期工作能否實現。調試時可一步步推進。直至完成整個控制周期。哪個步驟或環節出現問題，就著手解決哪個步驟或環節的問題。（6）自動工作。在完成單周期調試后，可進一步調試自動工作。要多觀察幾個工作循環，以確保系統能正確無誤地連續工作。（7）模擬量調試、參數確定。以上調試的都是邏輯控制的項目。這是系統調試時，首先要調試通過的。這些調試基本完成后，可著手調試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數。一般講，這個過程是比較長的。要耐心調，參數也要做多種選擇，再從中選出最優者。有的PLC，它的PID參數可通過自整定獲得。但這個自整定過程，也是需要相當的時間才能完成的。（8）異常條件檢查，完成上述所有調試，整個調試基本也就完成了。但是最好再進行一些異常條件檢查。看看出現異常情況或一些難以避免的非法操作，是否會停機保護或是報警提示。
　　全部調試完畢后，交付試運行。經過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中（如EPROM中），以防程序丟失，并做好備份（至少應該做2份）。
　　四、結語
　　可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等顯著的優點而應用廣泛，調試好它，可以發揮它的優點。
　　
　　參考文獻：
　　［1］閻坤.自動化設備及生產線調試與維護.北京高等教育出版社.
　　［2］張安全.機電設備安裝、維修與實訓.中國輕工業出版社.
　　［3］樂為.機電設備裝調與維護技術基礎.機械工業出版社.