plc程控系統(tǒng)的程序調(diào)試

　　近年來， 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高， 適用于開關(guān)量邏輯順控的PLC無得到了廣泛應(yīng)用， 有關(guān)PLC的應(yīng)用研究也大量出現(xiàn)。但這些研究成果大多局限于PLC在各種控制場合中的應(yīng)用情況， 如控制系統(tǒng)構(gòu)成、基本性能等， 而PLC程控系統(tǒng)的程序調(diào)試則少有涉及。

　　程序調(diào)試是程控系統(tǒng)投人運(yùn)行前的重要階段， 通過程序調(diào)試對系統(tǒng)的組態(tài)及邏輯功能逐步進(jìn)行修改和完善， 以更好地滿足現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行要求。就筆者掌握的情況來看， 目前不少調(diào)試人員不是把程序調(diào)試作為一項(xiàng)系統(tǒng)性工作來對待， 而是隨心所欲， 未能對各種運(yùn)行情況給予全面考慮， 給現(xiàn)場安全運(yùn)行帶來了隱患。本文結(jié)全筆者對PLC程控系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)， 提出了一套完整的調(diào)試方法， 在用戶程序編制以后， 分階段依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室調(diào)試、制造廠調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試。調(diào)試手段由淺入深， 有效避免了問題的發(fā)生， 并與設(shè)備制造工期相配合， 具有調(diào)試時(shí)間短、調(diào)試成本低的特點(diǎn)。

　　1 調(diào)試步驟與方法

　　PLC 系統(tǒng)的程序調(diào)試可分為以下三個(gè)步驟。

　　1.1 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試

　　在實(shí)驗(yàn)室中即可進(jìn)行， 主要完成以下工作：

　　編程器不與PLC 相連， 僅在離線狀態(tài)下， 通過使用編程軟件中的“ 文件檢查” 功能檢查程序是否與其組態(tài)相匹配、是否有重復(fù)輸出線圈、各種參數(shù)值是否超出設(shè)定范圍及基本語法錯(cuò)誤。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的任何錯(cuò)誤均顯示相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼， 調(diào)試人員可查找用戶手冊確定錯(cuò)誤內(nèi)容并及時(shí)修改。

　　編程器只與PLC 主機(jī)在線聯(lián)絡(luò)， 此時(shí)可以檢查通信口參數(shù)的設(shè)置、PLC和I/O狀態(tài)設(shè)置， 還可將各控制功能程序塊提出， 排除其它程序的干擾， 對輸入信號和中間接點(diǎn)信號進(jìn)行狀態(tài)強(qiáng)制， 觀察相應(yīng)的輸出接點(diǎn)變化是否滿足程序設(shè)計(jì)的邏輯要求， 對程序邏輯進(jìn)行初步檢查。

　　由于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試只需編程器和Pl刃主機(jī)， 設(shè)備較少， 接線簡單， 調(diào)試非常方便， 可對程序中各功能單元進(jìn)行局部測試。

　　1.2 制造廠調(diào)試

　　在程控設(shè)備成套廠對整個(gè)PLC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先， 待系統(tǒng)上電后， 通過觀察CPU模塊和各接口模塊的指示燈， 檢查CPU和總線接口的狀態(tài)是否正常， 系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。同時(shí)檢查實(shí)際PLC系統(tǒng)與程序“ 通信管理表I/Omap”中遠(yuǎn)程站及站中模塊的設(shè)置是否一致， 以及系統(tǒng)的通信配置是否滿足要求。至此， 整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置基本確定。

　　接下來用撥碼開關(guān)制成仿真器連接到輸入模塊的接點(diǎn)上， 然后根據(jù)輸人信號、現(xiàn)場反饋信號（ 如限位開關(guān)的通斷） 的先后順序撥動相應(yīng)的開關(guān)， 模擬實(shí)際運(yùn)行情況， 將實(shí)驗(yàn)室調(diào)試完畢的各控制功能程序塊連接起來， 并觀察編程器及輸出模塊上是否有相應(yīng)的順序輸出， 以此考核H 尤的編程動作是否滿足邏輯要求。調(diào)試時(shí)同樣應(yīng)充分考慮各種可能情況， 在系統(tǒng)不同的工作方式下， 對邏輯圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線都應(yīng)逐一檢查， 直至在各種可能情況下輸人與輸出之間的關(guān)系完全符合邏輯要求。在程序編制時(shí)有些計(jì)時(shí)器設(shè)定值較大， 為縮短調(diào)試時(shí)間， 程序調(diào)試時(shí)可將設(shè)定值減小， 待模擬調(diào)試結(jié)束后再寫人其實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)， PLC之外的其它控制設(shè)備（如控制臺、繼電器屏等） 的制作、接線工作可同時(shí)進(jìn)行， 以縮短生產(chǎn)周期。經(jīng)制造廠調(diào)試后， 應(yīng)用程序的整體邏輯功能可認(rèn)為基本通過。

　　1.3 現(xiàn)場調(diào)試

　　PLC裝置在現(xiàn)場安裝后， 要進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試， 將程控系統(tǒng)與檢測設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在一起， 通過實(shí)際操作觀測現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)， 并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及運(yùn)行人員的要求對所編程序進(jìn)行修改， 使之與現(xiàn)場設(shè)備更為緊密地結(jié)合在一起， 直至整個(gè)程控系統(tǒng)良好運(yùn)行。這一方面要求調(diào)試人員對程序邏輯十分清楚， 另一方面還要熟悉所有被控設(shè)備的工作原理。這部分工作量比較大， 也是程序調(diào)試的關(guān)鍵。下面以火電廠輸煤程控系統(tǒng)為例， 進(jìn)行具體分析說明。

　　程控系統(tǒng)外圍接口檢查

　　在火電廠輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試時(shí)， 首先對皮帶傳感器信號、擋板到位信號、犁煤器上下位信號、高低煤位信號及設(shè)備狀態(tài)等所有現(xiàn)場輸人信號線路進(jìn)行測試。由現(xiàn)場發(fā)來模擬信號， 在控制室中依次觀察對應(yīng)的輸人繼電器、輸人模塊及編程器中該接點(diǎn)的狀態(tài)是否一致。如不一致可順序排查找出故障點(diǎn)， 并及時(shí)排除。

　　對輸出信號線路的測試可以在編程器中對設(shè)備啟停、犁煤器抬落等輸出信號進(jìn)行強(qiáng)制， 然后順序觀察輸出模塊、輸出繼電器及就地接點(diǎn)的狀態(tài)， 并保持一致。

　　經(jīng)過上述輸入、輸出信號測試即可保證程控系統(tǒng)接線正確無誤， 下一步對整個(gè)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行程序調(diào)試， 根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況， 對程序作出相應(yīng)修改， 最終得到針對現(xiàn)場設(shè)備的應(yīng)用程序。

　　現(xiàn)場調(diào)試時(shí)經(jīng)常遇到到貨設(shè)備與原設(shè)計(jì)不一致的情況， 此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)備的原理接線對其控制程序進(jìn)行修改， 同時(shí)還應(yīng)全面考慮對與之有聯(lián)鎖關(guān)系的其它設(shè)備是否產(chǎn)生影響; 另外， 當(dāng)某個(gè)現(xiàn)場信號不可靠時(shí)可以考慮采用其它信號代替， 如速度信號對皮帶來說必不可少， 但經(jīng)常工作不穩(wěn)定， 這時(shí)可采用運(yùn)行信號加一定時(shí)間的延時(shí)來代替。雖然從本質(zhì)上講兩者有一定差別， 但從實(shí)際運(yùn)行效果出發(fā)， 這種替代做法尚行得通; 暫停I/O服務(wù)指令可通過程序?qū)⒖刂破髋c現(xiàn)場隔開， 免除拆除接線或切除外部電源， 給調(diào)試程序帶來極大方便。用戶程序必須經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)， 才可以投入實(shí)際現(xiàn)場工。

　　2 數(shù)字濾波與軟件容錯(cuò)技術(shù)在程序調(diào)試中的應(yīng)用

　　PLC現(xiàn)場調(diào)試過程中， 經(jīng)常會出現(xiàn)意想不到的干擾信號， 給實(shí)時(shí)控制和測量系統(tǒng)帶來一定偏差。除采用硬件措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力外， 筆者還利用PLC計(jì)算速度快的特點(diǎn)， 充分發(fā)揮軟件的優(yōu)勢， 保證系統(tǒng)既不因干擾而停止工作， 又能滿足工程所要求的精度和速度， 其中數(shù)字濾波和軟件容錯(cuò)技術(shù)是程序調(diào)試中兩種經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

　　2.1 數(shù)字濾波

　　對于較低信噪比的模擬量信號， 常常因現(xiàn)場瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大波動， 如果僅用瞬時(shí)采樣值進(jìn)行控制計(jì)算， 就會產(chǎn)生較大誤差， 因此本人采用了數(shù)字濾波方法?，F(xiàn)場信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡x散的數(shù)字量信號，然后將形成的數(shù)據(jù)按時(shí)間序列存人PLC內(nèi)存， 再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理， 濾去噪聲部分獲得單純信號。實(shí)用的數(shù)字濾波方法有： 平均算法濾波、峰值剔除濾波和中值濾波三種方法， 在實(shí)際應(yīng)用中可單獨(dú)使用某一種方法， 也可幾種方法同時(shí)使用， 以收到更好的效果。其在控制系統(tǒng)中的位置如圖1所示。

　　再以火電廠輸煤程控系統(tǒng)為例， 筆者在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)對設(shè)備工作電流、皮帶秤煤量、碎煤機(jī)溫度及振動、煤倉煤位等模擬量信號采取了平均值濾波的方法進(jìn)行預(yù)處理， 對輸人信號采用10次采樣值的平均值來代替當(dāng)前值， 但并不是通常的每采樣10次求一次平均值，而是每采樣一次就與最近的9次歷史采樣值相加， 即

　　2.2 軟件容錯(cuò)

　　由于電廠輸煤系統(tǒng)及其它工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境通常比較惡劣， I/O信號傳送距離也較長， 常常會使傳送的信號產(chǎn)生錯(cuò)誤， 出現(xiàn)一些程序編制時(shí)考慮不到的干擾信號。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性， 使PLC在信號出錯(cuò)的情況下能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤， 并能排除錯(cuò)誤的影響繼續(xù)工作， 筆者在火電廠輸煤程控系統(tǒng)調(diào)試中采取了以下軟件容錯(cuò)措施：

　　在目前現(xiàn)場設(shè)備信號不是完全可靠的情況下，對于非嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的故障信號， 為防止輸人接點(diǎn)的抖動或接觸不良而產(chǎn)生“ 偽報(bào)警” ， 在程序調(diào)試時(shí)采取不同時(shí)間的延時(shí)判斷。若延時(shí)后仍不消失， 再執(zhí)行相應(yīng)動作。如皮帶的打滑、跑偏等信號， 最后在調(diào)試時(shí)均設(shè)定不同時(shí)間的延時(shí);

　　充分利用各種信號間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷， 使個(gè)別信號出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)， 不會因錯(cuò)誤判斷而影響系統(tǒng)正常的邏輯功能， 使程序能夠順利執(zhí)行下去。

　　如皮帶的打滑、跑偏及拉繩開關(guān)等故障信號均與皮帶運(yùn)行信號串聯(lián)使用， 即只有皮帶啟動后才能發(fā)揮作用。若單純使用故障信號則可能無法啟動皮帶。這種方法在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)具有很大的靈活性;

　　在國內(nèi)一些輸煤控制程序中， 皮帶的啟、停信號， 犁煤器的抬犁、落犁等輸出信號普遍采用定時(shí)脈沖信號， 這樣容易造成信號保持與設(shè)備響應(yīng)之間的不協(xié)調(diào)， 即設(shè)備已經(jīng)響應(yīng)但信號仍然保持， 或設(shè)備尚未響應(yīng)但信號已經(jīng)消失。本文采用設(shè)備到位的反饋信號來切斷動作回路， 有效地解決了某些現(xiàn)場設(shè)備動作不可靠的問題。通過設(shè)備對輸出信號的響應(yīng)切斷其控制回路， 使控制軟件與現(xiàn)場設(shè)備更為緊密地結(jié)合起來。

　　出于在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)系統(tǒng)硬件配置已經(jīng)確定， 對其增加和修改都比較困難， 而從軟件方面考慮無須增加任何硬件， 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)軟件優(yōu)勢， 經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 可根據(jù)不同

　　出于在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)系統(tǒng)硬件配置已經(jīng)確定， 對其增加和修改都比較困難， 而從軟件方面考慮無須增加任何硬件， 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)軟件優(yōu)勢， 經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 可根據(jù)不同的具體情況采用不同的容錯(cuò)技術(shù)， 使用方便、靈活， 可作為硬件容錯(cuò)的補(bǔ)充， 進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明， 數(shù)字濾波和軟件容錯(cuò)技術(shù)在程序調(diào)試中必不可少， 且行之有效。

　　3 結(jié)論

　　上述PLC系統(tǒng)調(diào)試方法雖然以火電廠輸煤程控系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)， 但同樣適用于其它控制場合及不同規(guī)模的程控系統(tǒng)， 因此具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。若能嚴(yán)格按照以上調(diào)試步驟， 并合理運(yùn)用各種調(diào)試方法， 將有助于解決調(diào)試過程中遇到的各類問題， 提高調(diào)試效率， 收到事半功倍的效果。