設計可編程控制系統時的故障防范

在現代化的工業生產中，大量采用了可編程序控制系統，可編程序控制器能在惡劣的工作環 境下正常工作，但其構成的控制系統由于設計、安裝、干擾等因素有時會出現故障。有些問 題是在系統設計時考慮不周造成的。根據實踐中的經驗和教訓，本文闡述可編程序控制系統 設計時應注意的問題。

1、一個系統中使用的成熟技術至少應占到75%以上

“成熟技術”一是經過一定的生產實踐考驗的可編程控制器產品或類似設計，或者確定能在未來的生產實踐中，經得起考驗；二是設計工作人員對于需要使用的技術要有經驗或有掌握它的能力。設計與配置一個可編程序控制系統選用的技術與設計方案切實可行。因為一個生產過程控制系統，一旦做出來，要長久使用下去，難以找到機會反復修改。設計的硬件系 統和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統中。若遇到發生破壞作用的條件，后果難以預料。

2、系統的硬件結構和網絡要簡明而清晰

硬件結構不要追求繁瑣，網絡組態不要追求交叉因素太多，要力求使用可編程序控制器自 身配置的組網能力。在組成I/O機箱配套的模板時，建議型號簡單，力求一致，模板密度不宜過大。使用的結線點不宜過多，從目前機箱的制造和配線工藝來看，輸入與輸出配線密度不能太高。

3、控制系統的功能和管理系統的功能應嚴格劃分界限

由于可編程序控制器組成的過程控制系統中的實時性要求很高，而網絡通信是允許暫時失 去通信聯系，過后自己能重新恢復，但是在重新恢復之前這一間隔時間可編程序控制器會處于失控。另外，在用多個可編程序控制器系統組成一個大系統時，對于主控制的關鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網絡通信傳送它的信息外，最好有使用它的I/O點做成的硬件聯 鎖，特別是兩者之間“急停”的處理；雖然兩個系統都在自身的通信掃描中互相變換著“停 止”或“急停”命令，但因一方在急停故障時已經停止運行，另一方并未收到已停止的信息 而照常運行，其后果難測。可編程序控制器控制系統關鍵的“急停”應先切除執行機構的電源，然后將其信號送入可編程序控制器，這樣可取得設備安全保護的時間。

4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀

用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列，每個“ 黑盒子”按照結構化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調 ，但一定要明確。在設計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關系太多，或者語 句因素太多，特殊條件太多，就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此，一個可編程控制器 的用戶軟件的可讀性，即編寫的軟件能為大多數人讀懂，能理解可編程控制器在執行這個語 句時，“發生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護時的重要條件。

5、可編程序控制系統在硬件和軟件上的預置，有運行檢測的關鍵監視條件

可編程序控制系統配置了彩色圖形工作站/屏幕監視，但從價格及反映現場狀態的時間來看，屏幕監視尚不方便。關鍵的故障，或者在關鍵的機械設備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數字量輸出做成，用來監視程序的正常運行，或用來調試程序，在指示燈旁配以功能標牌，可幫助操作人員確認可編程序控制系統的正常運行和及時反映故障。

6、設計大中型可編程序控制系統時不要耗盡它的硬件和軟件資源

對于設計的新系統，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時，同樣要估計用戶軟件對計算機資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數器/定時器的使用，要留有余地 。因為在調試和運行后，軟件總會被修改、補充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實際的。

7、合理地配置可編程序控制器系統的冗余

可編程序控制系統可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網通信完全冗余，其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產環境這種冗余很有必要。在設計系統中，要使配置冗余方式較為經濟而又實用，力求使故障縮小在本設備身上。不要因某一設備發生故障，引起工藝流程中相關設備運行或狀態受到沖擊。

以上闡述的幾個方面，是在可編程序控制系統總體方案設計時，要格外重視的問題，只有在設計系統時，考慮周到，系統投入運行之后，設計人員才能少些遺憾。