鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

繼飛機(jī)電(圖)-短路保護(hù)器電氣柜-河南電氣柜 ：

一、項目分析

工程技術(shù)人員首先要對工程項目進(jìn)行分析，即項目工程的控制流程和每個流程的控制類型，并對整個項目可能出現(xiàn)問題做出預(yù)判。

（1）分析控制流程。分析控制流程時，建議繪制相關(guān)的控制流程圖，清晰的標(biāo)注每一步工作的內(nèi)容和到下一步的條件。

（2）分析控制類型和預(yù)估PLC選型所需參數(shù)。一般PLC適用于四種控制類型，即順序控制，過程控制，運(yùn)動（或位置）控制和網(wǎng)絡(luò)通信等。工程技術(shù)人員在分析控制要求后，根據(jù)繪制的控制流程圖，將每個控制流程的控制類型進(jìn)行分類，再根據(jù)項目的復(fù)雜程度將組合出控制類型，因此前期準(zhǔn)確地分析每一步的控制類型，將有助于選型的準(zhǔn)確和問題的預(yù)估。

在分析項目控制類型的同時，工程技術(shù)人員還要預(yù)估PLC選型所需要的重要參數(shù)值。如順序控制中的I/O點數(shù)；若使用編碼器，要根據(jù)編碼器的參數(shù)計算其輸出脈沖的頻率值，進(jìn)而換算成PLC高速計數(shù)的脈沖頻率。再如，過程控制中模擬量數(shù)和模擬量精度、運(yùn)動控制中PLC對于伺服驅(qū)動器反饋信號的響應(yīng)速度和PLC高速脈沖輸出的數(shù)量，以及在網(wǎng)絡(luò)通信時，所選PLC是否支持相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類型等參數(shù)。

二、預(yù)估可能出現(xiàn)的問題

對于可能出現(xiàn)問題的預(yù)估是工程分析中較難的環(huán)節(jié)。這不僅需要工程技術(shù)人員對現(xiàn)場的工作環(huán)境和整個項目控制難點能夠較好地把握，還要對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況和危險具有前期預(yù)判。

（1）設(shè)備工作環(huán)境的把握。工程人員需要對生產(chǎn)環(huán)境有較全mian的認(rèn)識。如紡織機(jī)械所處工作環(huán)境的空氣濕度高、振動較大，所以設(shè)計PLC系統(tǒng)時要做好防震處理。又如建材加工廠的環(huán)境溫度比較高，并且有很大的粉塵和較強(qiáng)的靜電，因此工程技術(shù)人員要在保證電氣控制柜通風(fēng)良好的前提下，進(jìn)一步做好防塵和除靜電處理。

設(shè)備工作環(huán)境的把握不僅僅局限于物理的環(huán)境，隨著PLC應(yīng)用的深入，更需考慮人員因素。如設(shè)備操作人員的素質(zhì)較低時，需要開發(fā)較為簡練的設(shè)備操作界面。

（2）項目難點的預(yù)期。項目難點的預(yù)期其實就是對項目核心問題的把握。如噴氣織機(jī)設(shè)備的控制核心就是如何快速有序地控制電磁閥，利用壓縮空氣的摩擦力來牽引緯紗穿過紡織梭，完成紡織的引緯工作，這需要PLC具有非?？斓捻憫?yīng)速度。在確定項目難點后，工程技術(shù)人員可以根據(jù)難點來對PLC進(jìn)行選型。從整個項目的角度出發(fā)，項目的難點就是系統(tǒng)設(shè)計的特點，也是PLC選型的方向。

（3）項目危險的前期預(yù)估。在項目設(shè)計前期，工程技術(shù)人員需對本項目可能出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行預(yù)判。如順序控制或運(yùn)動控制中調(diào)試設(shè)備時對于誤動作的防護(hù)；在過程控制中，測試時是否有高壓，高溫或者有毒有害物質(zhì)以及相關(guān)的防護(hù)措施。在項目設(shè)計前期對危險進(jìn)行預(yù)估有助于加強(qiáng)工程技術(shù)人員的安全意識。

第yi：PLC是可以工作在極其惡劣的電磁環(huán)境中的

我們都在宣傳片中見過三江源地區(qū)的藏羚羊，它們生活在極其惡劣的環(huán)境中。如果把我們內(nèi)地的普通山羊放到這里，不出三天，普通山羊恐怕就見?？怂沽?。

如果我們把計算機(jī)直接放到PLC工作的環(huán)境中，無需太久，這些計算機(jī)將死機(jī)甚至燒毀。

在ABB的早期工程中，我們就是把工業(yè)控制計算機(jī)直接放在變電站開關(guān)柜中，用來實施測控和數(shù)據(jù)處理。然而，用不了多久，電源故障和硬盤故障，還有輸入輸出接口的故障就接踵而來，讓人煩不勝煩。直到我們用PLC替換下這些工控機(jī)，事情才算完。

這叫做抵御電磁騷擾EMC的能力，PLC可達(dá)三級甚至四級，而計算機(jī)能達(dá)到二級就算很不錯了。

抵御EMC電磁騷擾，會有許多措施。例如隔離技術(shù)、接地技術(shù)等等都是。

第二：PLC的程序是一行行順序執(zhí)行的，它不會陷入死循環(huán)

我們在編寫計算機(jī)程序時，短路保護(hù)器電氣柜，經(jīng)常會遇見循環(huán)。如果一個循環(huán)子程序設(shè)計不恰當(dāng)，河南電氣柜，或者條件引起了程序返回，有可能進(jìn)入到死循環(huán)中，系統(tǒng)當(dāng)然就死機(jī)了。

然而，PLC的程序是一條接一條順序執(zhí)行的，只有到了程序末尾才會回頭。在程序中任何部位，若條件滿足，可以實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，但程序還是一條接一條順序執(zhí)行。

如此一來，PLC幾乎不會死機(jī)。這也是PLC區(qū)別于普通計算機(jī)的根本特性。

基于此，我們會發(fā)現(xiàn)PLC的可靠性極高，這是普通計算機(jī)完全不能比擬的。

第三：冗余配置

所謂冗余配置，就是在控制過程中存在主機(jī)和從機(jī)，它們依靠握手線關(guān)聯(lián)，并共享資源和信息。

如果是計算機(jī)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)問題時，切換到從機(jī)的時間較長。但對于PLC，我們可以在機(jī)架上安排2套CPU作為主從控制，它們之間的轉(zhuǎn)換僅幾個時鐘周期即可完成。

例如我們的控制對象是汽輪機(jī)，它的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)。我們不妨假定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就是工頻周期，也即每分鐘3000轉(zhuǎn)。如果我們對汽輪機(jī)實施DCS監(jiān)控，在現(xiàn)場層面我們只能選用帶冗余配套的PLC，絕bu可能使用計算機(jī)。一旦PLC的主機(jī)發(fā)生故障，它立刻就轉(zhuǎn)入從機(jī)控制，對于受控對象來說幾乎感覺不到，但計算機(jī)就未必可以實現(xiàn)類似功能了。

事實上，帶冗余配套的PLC系統(tǒng)就屬于規(guī)模較大的PLC。從題主的描述看，似乎連邊都沒沾上。

第四：PLC的程序特點

PLC的程序規(guī)模都不大，一般才幾千字節(jié)，能上萬字節(jié)就算很大的程序了。

PLC有許多輸入輸出接口，以及各種類型的變量，這些都需要專門設(shè)置地址，以便在程序中使用。

我們看下圖，此圖是用PLC國際通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3模塊化編程語言寫成的：

圖1：某地鐵配電控制系統(tǒng)PLC的輸入接口參數(shù)定義程序和延遲判誤程序

在圖1中，我們在左側(cè)看到了許多輸入?yún)⒘?，它們的末尾都有_s的標(biāo)識，這些就是開關(guān)量輸入?yún)?shù)，它們不但有地址，還有名稱。這是必須的，否則程序無法辨識和使用它們。

我們由圖1的程序看到，這種編程方法比所謂的C語言方便得多。事實上，每一個功能塊就相當(dāng)于一段C語言。例如TON模塊，它是延遲模塊，如果用C語言，怎么也要若干語句行，但這里僅僅只是一個程序模塊而已。何者更方便一看便知。

我們再看下圖：

圖2：PLC的16位字解析為單個開關(guān)量的程序段

圖2中，程序開頭的AND（與邏輯模塊）實施程序轉(zhuǎn)移。當(dāng)條件滿足時，AND啟動子程序入口。

在圖2中，我們看到了UNPACK16模塊，它的任務(wù)是把一個16位的字解析為16個開關(guān)量，供下一步程序使用。

我們很容易想到，這個UNPACK16模塊若用C語言來寫，又會有何種形式？何者更方便？

我們看下圖：

圖3：數(shù)據(jù)交換的RS485接口定義和MODBUS通信管理

圖3是PLC對系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)交換的定義、數(shù)據(jù)采集和管理。圖中的一個個模塊就是處理MODBUS通信協(xié)議數(shù)據(jù)的，同時還實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集輪巡操作。

這些模塊用C語言該如何寫？是不是會麻煩很多？

我們看到，PLC程序的便捷性是C語言無法比擬的。

第五：PLC的工作范圍

PLC的內(nèi)存不大，盡管它的可靠性很高，但PLC不能用于較大的計算。我曾經(jīng)設(shè)計過一個PLC程序，用于浮點數(shù)的乘法，麻煩得很，后不得不使用模塊配合查表來解決問題。

PLC的內(nèi)部其實就是單片機(jī)，只不過整個PLC的單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過了嚴(yán)格的EMC測試，而操作系統(tǒng)和編程系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，方便我們這些編程者使用。

既然PLC只是一臺單片機(jī)系統(tǒng)，可想而知它與計算機(jī)不在同一個技術(shù)水平上。計算機(jī)能夠完成的工作，哪怕只是一篇WORD文檔的寫作，用PLC絕bu可能完成。但PLC能夠輕松實現(xiàn)的控制功能，用計算機(jī)雖然也能勉強(qiáng)實現(xiàn)，但效果極差，且可靠性極低，尺寸也巨大。

如此看來，PLC與計算機(jī)的工作特性不一樣，適用的工作對象當(dāng)然也不一樣。

所以，保溫電氣柜，題主拿計算機(jī)的C語言來比擬PLC的編程語言，并不合適。

另外，題主所謂的規(guī)模較大的PLC，這個定義不明確，也是沒有意義的。

PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1 CPU

CPU由控制器和運(yùn)算器組成，它是plc的運(yùn)算和控制，起著主導(dǎo)核心作用。

CPU的任務(wù)有：

診斷電源和 PLC內(nèi)部工作狀態(tài)、編程的語法錯誤。

接收存儲用戶程序和數(shù)據(jù)。

接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存。

執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。

響應(yīng)各種外部設(shè)備(如編程器、上位機(jī)、打印機(jī)等)的工作請求。

2 存儲器

可分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，用戶程序存儲器又包括用戶程序存儲區(qū)和用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

系統(tǒng)程序存儲器：用于存放PLC生產(chǎn)廠商存儲的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序與PLC硬件組成和專用部件物性有關(guān)，用戶不能訪問和修改該存儲器的內(nèi)容。

用戶程序存儲區(qū)：主要存放用戶已編制好的程序或正在調(diào)試的應(yīng)用程序。用戶可擦除重新編程。

用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)：用于PLC工作過程中經(jīng)常變化，需要隨機(jī)存儲存取的一些數(shù)據(jù)。

3輸入、輸出接口

1）輸入接口模塊

接收和采集兩種類型的輸入信號：

一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)傳送來的開關(guān)量輸入信號。

一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器等傳送來的模擬量輸入信號。

2）輸出接口模塊

連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置。

PLC的輸出接口類型有三種：

接收和采集兩種類型的輸入信號：

繼電器輸出接口電路

晶體管輸出接口電路

晶閘管輸出接口電路

繼電器輸出接口為有觸點輸出方式，適用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的交流或直流負(fù)載回路，其帶載能力較強(qiáng)，但壽命較短。晶體管輸出接口和晶閘管輸出接口為無觸點輸出方式，信號響應(yīng)迅速、壽命長，可用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的負(fù)載回路，晶體管常用于直流電源負(fù)載控制回路，晶閘管常用于交流電源負(fù)載控制回路。

輸入、輸出接口有數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、輸出和模擬量輸入、輸出兩種形式。

數(shù)字量輸入、輸出接口的作用是將外部控制現(xiàn)場的數(shù)字信號與PLC內(nèi)部信號的電平相互轉(zhuǎn)換。

模擬量輸入、輸出接口的作用是將外部控制現(xiàn)場的模擬信號與PLC內(nèi)部的數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換。

輸入、輸出接口一般具有光電隔離和濾波，其作用是把PLC與外部電路隔離開，以提高PLC的抗干擾能力。

3）IO模塊供電模塊

PLC的開關(guān)量輸入接口按使用的電源不同有三個類型：

直流12~24V輸入端；

交流100~120V或200~240V輸入端；

交直流12~24V輸入接口。

輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。

4 電源模塊

PLC一般使用220V單相交流電源，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成中央處理器、存儲器等電路工作所需的直流電，保證PLC正常工作。

整體機(jī)PLC內(nèi)部有一個開關(guān)穩(wěn)壓電源，此電源一方面可為CPU、I/O單元及擴(kuò)展單元提供直流5V工作電源，另一方面可為外部輸入元件提供直流24V電源。

對于整體機(jī)結(jié)構(gòu)的PLC，電源通常封裝在機(jī)箱內(nèi)部；

對于組合式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。

5機(jī)架和擴(kuò)展接口

擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需求。

若PLC主機(jī)板（又稱基本單元）的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出設(shè)備的需要時，可用擴(kuò)展電纜將I/O擴(kuò)展單元與基本單元相連，達(dá)到靈活配置，增加I/O點數(shù)的目的。

6 編程軟件

作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。

有簡易編程器、圖形編程器和計算機(jī)編程器。

簡易編程器(又稱手持編程器)，優(yōu)點是：價格便宜、攜帶方便。缺點是：只能聯(lián)機(jī)編程，且一般只能用助記符指令編程。多用于小型PLC。

圖形編程器可以是聯(lián)機(jī)編程，定做電氣柜，也可以是脫機(jī)編程；可以是梯形圖編程也可以是用助記符編程。可以與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備相連，并具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，但其價格較高，通常用于大、中型PLC系統(tǒng)的編程。

通用計算機(jī)編程，采用通用計算機(jī)，通過PLC的RS232串行外設(shè)通訊口(或RS422接口配以適配器)與計算機(jī)相連，利用PLC廠家提供的專用編程軟件，使用戶可以直接在計算機(jī)上采用梯形圖或助記符指令編程，并有較強(qiáng)的監(jiān)控能力。