控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，涉及到各項工作，并且只能按序進行，一環(huán)緊扣一環(huán)，稍有不慎都將導致調(diào)試失敗，不但延誤工期，甚至會損壞設備。本文介紹了在現(xiàn)場實踐中總結(jié)出的PLC控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試技術(shù)經(jīng)驗，并對現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的安裝、調(diào)試相關問題，提出探討意見和解決方案。
系統(tǒng)的安裝與調(diào)試
合理安排系統(tǒng)安裝與調(diào)試程序，是確保高效優(yōu)質(zhì)地完成安裝與調(diào)試任務的關鍵。
1前期技術(shù)準備
系統(tǒng)安裝調(diào)試前的技術(shù)準備工作越充分，安裝與調(diào)試就會越順利。前期技術(shù)準備工作包括下列內(nèi)容：
(1)熟悉PC隨機技術(shù)資料、原文資料，深入理解其性能、功能及各種操作要求，制訂操作規(guī)程。
(2)深入了解設計資料、對系統(tǒng)工藝流程，特別是工藝對各生產(chǎn)設備的控制要求要有全面的了解，在此基礎上，按子系統(tǒng)繪制工藝流。程聯(lián)鎖圖、系統(tǒng)功能圖、系統(tǒng)運行邏輯框圖、這將有助于對系統(tǒng)運行邏輯的深刻理解，是前期技術(shù)準備的重要環(huán)節(jié)。
(3)熟悉各工藝設備的性能、設計與安裝情況，特別是各設備的控制與動力接線圖，并與實物相對照，以及時發(fā)現(xiàn)錯誤并糾正。
(4)在全面了解設計方案與PC技術(shù)資料的基礎上，列出PC輸入輸出點號表(包括內(nèi)部線圈一覽表，I/O所在位置，對應設備及各I/O點功能)。
(5)研讀設計提供的程序，對邏輯復雜的部分輸入、輸出點繪制時序圖，一些設計中的邏輯錯誤，在繪制時序圖時即可發(fā)現(xiàn)。
(6)分子系統(tǒng)編制調(diào)試方案，然后在集體討論的基礎上綜合成為全系統(tǒng)調(diào)試方案。
2PLC商檢
商檢應有甲乙雙方共同進行，應確認設備及備品、備件、技術(shù)資料、附件等的型號、數(shù)量、規(guī)格，其性能是否完好待實驗室及現(xiàn)場調(diào)試時驗證。商檢結(jié)果，雙方應簽署交換清單。
3實驗室調(diào)試
(1)PLC的實驗室安裝與開通制作金屬支架，將各工作站的輸入、輸出模塊固定其上，按安裝提要以同軸電纜將各站與主機、編程器、打印機等相連接，檢查接線正確，供電電源等級與PLC電壓選擇相符合后，按開機程序送電，裝入系統(tǒng)配置帶，確認系統(tǒng)配置，裝入編程器裝載帶、編程帶等，按操作規(guī)程將系統(tǒng)開通，此時即可進行各項操作試驗。
(2)鍵入工作程序
(3)模擬I/O輸入、輸出，檢查修改程序本步驟的目的在于驗證輸入的工作程序的正確性，該程序的邏輯所表達的工藝設備的聯(lián)鎖關系是否與設計的工藝控制要求相符，程序是否暢通。若不相符或不能運行完成全過程，說明程序有誤，應進行修改。在這一過程中，對程序的理解將逐步加深，為現(xiàn)場調(diào)試作好了準備，同時也可以發(fā)現(xiàn)程序不合理和不完善的部分，以便進一步優(yōu)化。
調(diào)試方法有兩種：
①模擬方法：按設計做一塊調(diào)試板，以鈕子開關模擬輸入節(jié)點，以小型繼電器模擬生產(chǎn)工藝設備的繼電器與接觸器，其輔助接點模擬設備運行時的返回信號節(jié)點。其優(yōu)點是具有模擬的真實性，可以反映出開關速度差異很大的現(xiàn)場機械觸點和PLC內(nèi)的電子觸點相互連接時，是否會發(fā)生邏輯誤動作。其缺點是需要增加調(diào)試費用和部分調(diào)試工作量。
②強置方法：利用PLC強置功能，對程序中涉及現(xiàn)場的機械觸點(開關)，以強置的方法使其“通”、“斷”，迫使程序運行。其優(yōu)點是調(diào)試工作量小，簡便，不需另外增加費用。缺點是邏輯驗證不全面，人工強置模擬現(xiàn)場節(jié)點“通”、“斷”，會造成程序運行不能連續(xù)，只能分段進行。
根據(jù)我們現(xiàn)場調(diào)試的經(jīng)驗，對部分重要的現(xiàn)場節(jié)點采取模擬方式，其余的采用強置方式，取二者之長互補。邏輯驗證階段要強調(diào)逐日填寫調(diào)試工作日志，內(nèi)容包括調(diào)試人員、時間、調(diào)試內(nèi)容、修改記錄、故障及處理、交接驗收簽字，以建立調(diào)試工作責任制，留下調(diào)試的第一手資料。對于設計程序的修改部分，應在設計圖上注明，及時征求設計者的意見，力求準確體現(xiàn)設計要求。
4PLC的現(xiàn)場安裝與檢查
實驗室調(diào)試完成后，待條件成熟，將設備移至現(xiàn)場安裝。安裝時應符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓緊固；通信電纜要統(tǒng)一型號，不能混用，必要時要用儀器檢查線路信號衰減量，其衰減值不超過技術(shù)資料提出的指標；測量主機、I/O柜、連接電纜等的對地絕緣電阻；測量系統(tǒng)專用接地的接地電阻；檢查供電電源等等，并做好記錄，待確認所有各項均符合要求后，才可通電開機。
5現(xiàn)場工藝設備接線、I/O接點及信號的檢查與調(diào)整
對現(xiàn)場各工藝設備的控制回路、主回路接線的正確性進行檢查并確認，在手動方式下進行單體試車；對進入PLC系統(tǒng)的全部輸入點(包括轉(zhuǎn)換開關、按鈕、繼電器與接觸器觸點，限位開關、儀表的位式調(diào)試開關等)及其與PLC輸入模塊的連線進行檢查并反復操作，確認其正確性；對接收PLC輸出的全部繼電器、接觸器線圈及其他執(zhí)行元件及他們與輸出模塊的連線進行檢查，確認其正確性；測量并記錄其回路電阻，對地絕緣電阻，必要時應按輸出節(jié)點的電源電壓等級，向輸出回路供電，以確保輸出回路未短路，否則，當輸出點向輸出回路送電時，會因短路而燒壞模塊。
一般來說，大中型PLC如果裝上模擬輸入輸出模塊，還可以接收和輸出模擬量。在這種情況下，要對向PLC輸送模擬輸入信號的一次檢測或變送元件，以及接收PLC模擬輸出的調(diào)節(jié)或執(zhí)行裝置進行檢查，確認其正確性。必要時，還應向檢測與變送裝置送入模擬輸
入量，以檢驗其安裝的正確性及輸出的模擬量是否正確并是否符合PLC所要求的標準；向接收PLc模擬輸出信號調(diào)節(jié)或執(zhí)行元件，送人與PLC模擬量相同的模擬信號，檢查調(diào)節(jié)可執(zhí)行裝置能否正常工作。裝上模擬輸入與輸出模塊的PLC，可以對生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)(模擬量)進行監(jiān)測，按設計方案預定的模型進行運算與調(diào)節(jié)，實行生產(chǎn)工藝流程的過程控制。
本步驟至關重要，檢查與調(diào)整過程復雜且麻煩，必須認真對待。因為只要所有外部工藝設備完好，所有送入PLC的外部節(jié)點正確、可靠、穩(wěn)定，所有線路連接無誤，加上程序邏輯驗證無誤，則進入聯(lián)動調(diào)試時，就能一舉成功，收到事半功倍的效果。
6系統(tǒng)模擬聯(lián)動空投試驗
本步驟的試驗目的是將經(jīng)過實驗室調(diào)試的PLC機及邏輯程序，放到實際工藝流程中，通過現(xiàn)場工藝設備的輸入、輸出節(jié)點及連接線路進行系統(tǒng)運行的邏輯驗證。
試驗時，將PLC控制的工藝設備(主要指電力拖動設備)主回路斷開二相(僅保留作為繼電控制電源的一相)，使其在送電時不會轉(zhuǎn)動。按設計要求對子系統(tǒng)的不同運轉(zhuǎn)方式及其他控制功能，逐項進行系統(tǒng)模擬實驗，先確認各轉(zhuǎn)換開關、工作方式選擇開關，其他預置開關的正確位置，然后通過PLC起動系統(tǒng)，按聯(lián)鎖順序觀察并記錄PLC各輸出節(jié)點所對應的繼電器、接觸器的吸合與斷開情況，以及其順序、時間間隔、信號指示等是否與設計的工藝流程邏輯控制要求相符，觀察并記錄其他裝置的工作情況。對模擬聯(lián)動空投實驗中不能動作的執(zhí)行機構(gòu)，料位開關、限位開關、儀表的開關量與模擬量輸入、輸出節(jié)點，與其他子系統(tǒng)的聯(lián)鎖等，視具體情況采用手動輔助、外部輸入、機內(nèi)強置等手段加以模擬，以協(xié)助PLC指揮整個系統(tǒng)按設計的邏輯控制要求運行。
7PLC控制的單體試車
本步驟試驗的目的是確認PLC輸出回路能否驅(qū)動繼電器、接觸器的正常接通，而使設備運轉(zhuǎn)，并檢查運轉(zhuǎn)后的設備，其返回信號是否能正確送人PLC輸入回路，限位開關能否正常動作。
其方法是，在PLC控制下，機內(nèi)強置對應某一工藝設備(電動機、執(zhí)行機構(gòu)等)的輸出節(jié)點，使其繼電器、接觸器動作，設備運轉(zhuǎn)。這時應觀察并記錄設備運輸情況，檢查設備運轉(zhuǎn)返回信號及限位開關、執(zhí)行機構(gòu)的動作是否正確無誤。
試驗時應特別注意，被強置的設備應懸掛運轉(zhuǎn)危險指示牌，設專人值守。待機旁值守人員發(fā)出指令后，PLC操作人員才能強置設備起動。應當特別重視的是，在整個調(diào)試過程中，沒有充分的準備，絕不允許采用強置方法起動設備，以確保安全。
8PLC控制下的系統(tǒng)無負荷聯(lián)動試運轉(zhuǎn)
本步驟的試驗目的是確認經(jīng)過單體無負荷試運的工藝設備與經(jīng)過系統(tǒng)模擬試運證明邏輯無誤的PLC聯(lián)接后，能否按工藝要求正確運行，信號系統(tǒng)是否正確，檢驗各外部節(jié)點的可靠性、穩(wěn)定性。試驗前，要編制系統(tǒng)無負荷聯(lián)動試車方案，討論確認后嚴格按方案執(zhí)行。試驗時，先分子系統(tǒng)聯(lián)動，子系統(tǒng)的連鎖用人工輔助(節(jié)點短接或強置)，然后進行全系統(tǒng)聯(lián)動，試驗內(nèi)容應包括設計要求的各種起停和運轉(zhuǎn)方式、事故狀態(tài)與非常狀態(tài)下的停車、各種信號等?？傊?，應盡可能地充分設想，使之更符合現(xiàn)場實際情況。事故狀態(tài)可用強置方法模擬，事故點的設置要根據(jù)工藝要求確定。
在聯(lián)動負荷試車前，一定要再對全系統(tǒng)進行一次全面檢查，并對操作人員進行培訓，確保系統(tǒng)聯(lián)動負荷試車一次成功。
信號衰減問題的討論
(1)從PLC主機至I/O站的信號最大衰減值為35dB。因此，電纜敷設前應仔細規(guī)劃，畫出電纜敷設圖，盡量縮短電纜長度(長度每增加1km，信號衰減0.8dB)；盡量少用分支器(每個分支器信號衰減14dB)和電纜接頭(每個電纜接頭信號衰減1dB)。
(2)通信電纜最好采用單總線方式敷設，即由統(tǒng)一的通信干線通過分支器接I/O站，而不是呈星狀放射狀敷設。PLC主機左右兩邊的I/O站數(shù)及傳輸距離應盡可能一致，這樣能保證一個較好的網(wǎng)絡阻抗匹配。
(3)分支器應盡可能靠近I/O站，以減少干擾。
(4)通信電纜末端應接75Ω電阻的BNC電纜終端器，與各I/O柜相連接，將電纜由I/O柜拆下時，帶75Ω電阻的終端頭應連在電纜網(wǎng)絡的一頭，以保持良好的匹配。
(5)通信電纜與高壓電纜間距至少應保證40cm/kV；必須與高壓電纜交叉時，必須垂直交叉。
(6)通信電纜應避免與交流電源線平行敷設，以減少交流電源對通信的干擾。同理，通信電纜應盡量避開大電機、電焊機、大電感器等設備。
(7)通信電纜敷設要避開高溫及易受化學腐蝕的地區(qū)。
(8)電纜敷設時要按0.05%/℃留有余地，以滿足熱脹冷縮的要求。
(9)所有電纜接頭，分支器等均應連接緊密，用螺釘緊固。
(10)剝削電纜外皮時，切忌損壞屏蔽層，切斷金屬鉑與絕緣體時，一定要用剝線鉗，切忌刻傷損壞中心導線。
系統(tǒng)接地問題的討論
(1)主機及各分支站以上的部分，其接地應用10mm2的編織銅線匯接在一起經(jīng)單獨引下線接至獨立的接地網(wǎng)，一定要與低壓接地網(wǎng)分開，以避免干擾。系統(tǒng)接地電阻應小于4Ω。PLC主機及各屏、柜與基礎底座間要墊3mm厚橡膠使之絕緣、螺栓也要經(jīng)過絕緣處理。
(2)I/O站設備本體的接地應用單獨的引下線引至共用接地網(wǎng)。
(3)通信電纜屏蔽層應在PLC主機側(cè)I/O處理模塊處一起匯集接到系統(tǒng)的專用接地網(wǎng)，在I/O站一側(cè)則不應接地。電纜接頭的接地也應通過電纜屏蔽層接至專用接地網(wǎng)。要特別提醒的是決不允許電纜屏蔽層有二點接地形成閉合回路，否則易引起干擾。
(4)電源應采用隔離方式，即電源中性線浮地，當不平衡電流出現(xiàn)時將經(jīng)電源中性線直接進入系統(tǒng)中性點，而不會經(jīng)保護接地形成回路，造成對PLC運行和干擾。
(5)I/O模塊的接地接至電源中性線上。
調(diào)試中應注意的問題
(1)系統(tǒng)聯(lián)機前要進行組態(tài)，即確定系統(tǒng)管理的I/O點數(shù)，輸入寄存器、保持寄存器數(shù)、通信端口數(shù)及其參數(shù)、I/O站的匹配及其調(diào)度方法、用戶占用的邏輯區(qū)大小，等等。組態(tài)一經(jīng)確認，系統(tǒng)便按照一定的約束規(guī)則運行。重新組態(tài)時，按原組態(tài)的約定生成的程序?qū)⒉荒茉谛碌慕M態(tài)下運行，否則會引起系統(tǒng)錯亂。因此，第一次組態(tài)時一定要慎重，I/O站、I/O點數(shù)，寄存器數(shù)、通道端口數(shù)、用戶存儲空間等均要留有余地，必須考慮到近期的發(fā)展。但是，I/O站、I/O點數(shù)、寄存器數(shù)、端口數(shù)等的設置，都要占用一定的內(nèi)存，同時延長掃描時間，降低運行速度。因此，余量又不能留得太多。特別要引起注意的是運行中的系統(tǒng)一定不能重新組態(tài)。
(2)對于大中型PLC機來說，由于CPU對程序的掃描是分段進行的，每段程序分段掃描完畢，即更新一次I/O點的狀態(tài)，因而大大提高了系統(tǒng)的實時性。但是，若程序分段不當，也可能引起實時性降低或運行速度減慢的問題。分段不同將顯著影響程序運行的時間，特別是對于個別程序段特長的情況尤其如此。一般地說，理想的程序分段是各段程序有大致相當?shù)拈L度。
結(jié)語
PLC控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試，是一個步調(diào)有序的系統(tǒng)工程，步步到位才能使調(diào)試成功，本文僅是作者經(jīng)現(xiàn)場檢驗的經(jīng)驗總結(jié)，文中所述的PLC安裝調(diào)試流程程序，應用于一系列企業(yè)內(nèi)的技術(shù)改造中，既縮短了工期，又使調(diào)試試車一次成功，取得了令人滿意的結(jié)果。