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 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，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、补充，甚至重新编制。已编制的软件让人无法和完善，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，*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*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。

目前较为常用的RS232串口有9针D形串口[DB9]和25针D形串口[DB25]，大通信距离为[15m]。两台设备的距离较近时，可以用232电缆线将它们的232串口直接相连；若距离较远，可通过调制解调器(MODEM)相连。

RS232接口——

●采用“负逻辑”——输出端用＋5V～＋15V表示[逻辑0]，-5V～-15V表示[逻辑1]。

●采用“单端驱动”——通过数据发送端[TD]输出驱动电平，并以信号地GND为参考点。

●采用“单端接收”——通过数据接收端[RD]输入接收电平，并以信号地GND为参考点。

RS232三线制——

能实现[点对点双向通信]，需要3根通信线，主方的数据发送端[TD]与从方的数据接收端[RD]相连，主方的数据接收端[RD]与从方的数据发送端[TD]相连，两方的信号地[GND]直接相连。

RS232使用注意事项——

RS232串口不能直接与RS485串口相连——因为它们的电气标准不相同；市面上提供各种串口转换器，必须通过转换器才能连接。另外，不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则容易损坏串口。

目前的工业总线网络可归为三类：485网络、HART网络、FieldBus现场总线网络。

485网络：RS485/MODBUS是现在流行的一种工业组网方式，其特点是实施简单方便，而且现在支持RS485的仪表又特别多。现在的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS，原因很简单， RS485的转换接口不仅便宜得而且种类繁多。至少在低端市场上，RS485/MODBUS仍将是主要的工业组网方式。

HART网络：HART是由艾默生提出的一个过度性总线标准，主要特征是在4-20毫安电流信号上面叠加数字信号，但该协议并未真正开放，要加入他的基金会才能拿到协议，而加入基金会要一定的费用。HART技术主要被国外几家大公司，近些年国内也有公司在做，但还没有达到国外公司的水平。现在有很多智能仪表带有[HART圆卡]，支持HART通讯功能。但从国内情况来看，还没有真正用到这部分功能来进行设备联网监控，多只是利用手操器对其进行参数设定。从长远来看，由于HART通信速率低、组网困难等原因，HART仪表的应用将呈下滑趋势。

FieldBus现场总线网络：现场总线是当今自动化领域的热点技术之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。现场总线技术近年来成为上自动化和仪器仪表发展的热点，它的出现使传统的控制系统结构产生了性的变化，使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步迈进，形成新型的网络通信的全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。然而，到目前为止，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。何时统一，遥遥无期。目前，支持现场总线的仪表种类还比较少，可供选择的余地小，价格又偏高，用量也较小。

 据长期从事该项技术工作的同志讲：①RS485通信短距离(800m以内)的一般可使用无屏蔽的普通双绞线②干扰较重时可使用带屏蔽层的双绞线(屏蔽层空悬/或只一端接地——要与“强电地”特别是“变频器地”分开)③信号地一般空悬(不接线)，如果接地不好反而不能正常通信。

      多数网友也是以上这个意见。但也有部分网友认为：应将互联设备共地；否则，如果接收端有较高共模输入，就有可能损坏接收端器件。

多数情况下，连接RS-485通信链路时只需简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端分别连在一起，而将信号地空悬——这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但应注意以下两个问题：

(1)共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式接收输入信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两根输入线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了有一定的共模电压范围，RS-485共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当通信线路*模电压出该范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。

(2)电磁辐射问题：驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通道，如果没有一个低阻的返回通道(信号地)，就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

1．          输出方式的选择

开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强。但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命短，可靠性较差，因此，只能适用于不频繁通断的场合。当用于驱动感性负载时，其触点动作频率不过1Hz。

对于频繁通断的负载，应该选用双向晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但双向晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。

2．输出接线方式的选择   按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种，

如图5-16所示。

分组式输出是几个输出点为一组，共用一个公共端，各组之间是分隔的，可分别使用不同的电源。而分隔式输出的每一个输出点有一个公共端，各输出点之间相互隔离，每个输出点可使用不同的电源。主要应根据系统负载的电源种类的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。

3．输出电流的选择

输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于负载的额定电流。用户应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流。如果实际负载电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。

4．同时接通的输出点数量

选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。如一个220V/2A的8点输出模块，每个输出点可以通过2A的电流，但输出公共端允许通过的电流不是16A（8X2）通常要比此值小得多。一般来说，同时接通的点数不要出同一公共端输出点数的60％。

5．输出的大负载电流与负载类型、环境温度等因素的关系

表1为FX系列PLC的输出技术指标，它与不同的负载密切相关。另外，双向晶闸管的大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。