设计可编程控制系统时的故障防范技巧

在现代化的工业生产中，大量采用了可编程序控制系统，可编程序控制器能在恶劣的工作环境下正常工作，但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等因素有时会出现故障。有些问题是在系统设计时考虑不周造成的。根据实践中的经验和教训，本文阐述可编程序控制系统设计时应注意的问题。
1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到75%以上
“成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程控制器产品或类似设计，或者确定能在未来的生产实践中，经得起考验；二是设计工作人员对于需要使用的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统，一旦做出来，要长久使用下去，难以找到机会反复修改。设计的硬件系统和编程软件，其中某些缺欠，可能一直隐藏在已完成的系统中。若遇到发生破坏作用的条件，后果难以预料。
2、系统的硬件结构和网络要简明而清晰
硬件结构不要追求繁琐，网络组态不要追求交叉因素太多，要力求使用可编程序控制器自身配置的组网能力。在组成I/O机箱配套的模板时，建议型号简单，力求一致，模板密度不宜过大。使用的结线点不宜过多，从目前机箱的制造和配线工艺来看，输入与输出配线密度不能太高。
3、控制系统的功能和管理系统的功能应严格划分界限
由于可编程序控制器组成的过程控制系统中的实时性要求很高，而网络通信是允许暂时失去通信联系，过后自己能重新恢复，但是在重新恢复之前这一间隔时间可编程序控制器会处于失控。另外，在用多个可编程序控制器系统组成一个大系统时，对于主控制的关键命令，除了使用可编程序控制器自身的网络通信传送它的信息外，最好有使用它的I/O点做成的硬件联锁，特别是两者之间“急停”的处理；虽然两个系统都在自身的通信扫描中互相变换着“停止”或“急停”命令，但因一方在急停故障时已经停止运行，另一方并未收到已停止的信息而照常运行，其后果难测。可编程序控制器控制系统关键的“急停”应先切除执行机构的电源，然后将其信号送入可编程序控制器，这样可取得设备安全保护的时间。
4、可编程序控制器的程序要简明且可读
用户软件的编写是“平铺直叙”，用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列，每个“黑盒子”按照结构化语言划分，可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调，但一定要明确。在设计与编写这些语句时，若使用不易推理的逻辑关系太多，或者语句因素太多，特殊条件太多，就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此，一个可编程控制器的用户软件的可读性，即编写的软件能为大多数人读懂，能理解可编程控制器在执行这个语句时，“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅，这是软件在使用和维护时的重要条件。
5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置，有运行检测的关键监视条件
可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视，但从价格及反映现场状态的时间来看，屏幕监视尚不方便。关键的故障，或者在关键的机械设备附近，可配置一些指示灯，它们可以用数字量输出做成，用来监视程序的正常运行，或用来调试程序，在指示灯旁配以功能标牌，可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。
6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源
对于设计的新系统，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在软件编制时，同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器，计数器/定时器的使用，要留有余地。因为在调试和运行后，软件总会被修改、补充，甚至重新编制。已编制的软件让人无法修改和完善，在工程上是不实际的。
7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余
可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余，中央处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外，双系统冗余，即中央处理器和全部的输入、输出、组网通信完全冗余，其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受，但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中，要使配置冗余方式较为经济而又实用，力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障，引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。
以上阐述的几个方面，是在可编程序控制系统总体方案设计时，要格外重视的问题，只有在设计系统时，考虑周到，系统投入运行之后，设计人员才能少些遗憾。