PLC概述及维护

程德捷

摘要：针对在信号系统与外部接口设计中广泛使用的PLC，本文介绍了PLC的概况和使用中的常见问题处理。

Abstract: In view of the signaling system with exterior connection design in widespread used PLC, this article introduced PLCs survey and frequently malfunctions.

关键词：PLC, 接口，故障，维修，地铁，信号

Key words: PLC, Interface, Malfunction，Maintenance, Subway，Signaling

中图分类号： U231+.7 文献标识码：A文章编号：

一、背景及基本概念

1.1 背景

在信号系统中的设计中，越来越多的使用PLC作为内部及外部接口的元器件，而接口的问题一直是设备调试、维护中比较难于掌握的。所以作为工程人员就需要对PLC的工作原理，及常见的问题有一定的了解。

1.2 基本概念

1.2.1 定义

PLC即可编程控制器PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER 的简称。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

1.2.2 PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：

图1

一、CPU：

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O范本或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。

二、I/O模块：

PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入缓存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

三、电源模块：

有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

四、底板或机架：

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

1.2.3 PLC的通信及编程

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其它智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。

当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠近，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。

1.2.4 PLC编程

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：

1. 图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑组件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑组件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎

2. 明确的变数常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。

3. 简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。

4. 简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。

5. 强化调试手段：无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

二、PLC维护

2.1 维护概述

一般各型PLC均设计成长期不间断的工作制。对于地铁维护人员来讲，是不需要更改PLC内部程序的。但是在调试期间就需要对相应动作进行修改。

2.2 查找故障的设备

PLC的指示灯及机内设备，有益于对PLC整个控制系统查找故障。编程器是主要的诊断工具，他能方便地连到PLC上面可以观察整个控制系统的状态。根据PLC厂家的不同编程器也有区别，有的是运行在PC上的软件，有的是一个专用的设备。

2.3 查找故障顺序

根据下列问题，并根据发现的合理动作逐个否定。一步一步地更换PLC中的各种模块,直到故障全部排除。所有主要的修正动作能通过更换模块来完成, 除了一把螺丝刀和一个万用电表外，并不需要特殊的工具。

1、PWR（电源）灯亮否？如果不亮，在采用交流电源的框架的电压输入端（98-162VAC或195-252VAC）检查电源电压；对于需要直流电压的 框架，测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压，如果不是合适的AC或DC电源，则问题发生在PLC之外。如AC或DC电源电压正常，但PWR灯不亮，检查保险丝，如必要的话，就更换CPU框架。

2、PWR（电源）灯亮否？如果亮，检查显示出错的代码，对照出错代码表的代码定义，做相应的修正。

3、RUN（运行）灯亮否？如果不亮，检查编程器是不是处于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出错。如RUN灯不亮，而编程器并没插上，或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码，则需要更换CPU模块。

4、BATT（电池）灯亮否？如果亮，则需要更换锂电池。由于BATT灯只是报警信号，即使电池电压过低，程序也可能尚没改变。更换电池以后， 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错，在完成系统编程初始化后，将录在磁带上的程序重新装入PLC。

在日常的维修活动中，可以根据故障统计来准备备品备件，并不需要准备整个PLC。掌握了故障判断方法后，可以进行针对性地更换，这样可以减少维修成本，增加维修效率。

三、总结

了解PLC的组成部分及工作原理，可以更加准确的对PLC进行故障判断，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有清楚的估计，可以减少安装调试、维修成本，延长PLC控制系统的寿命。

在信号设计过程中有过把系统改复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现，本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率。另外我们在信号系统中大多使用PLC处理接口信息，所以在设计过程中要尽量将接口信息容易识别，这样在出现故障时，能够尽快判断故障的归属方，便于地铁的运营管理。

分析故障或处理故障时也要注意系统性，要综合的考虑系统的各个输入输出才能能准确地判断故障点。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。