工业控制与PLC应用总结

1、工业控制与 PLC 应用总结经过一段时间的学习、使用，对可编程逻辑控制器（PLC ）在工业领域中的 应用有了比较深刻的理解， PLC 为我们实现某种流程或过程的自动化搭建了一种 控制系统硬件平台，其实际上与传统的 DCS 系统已经没有严格的区分，是工控 领域中最基本、最常用的控制设备，也是我们最应该会使用的一种控制器。从本质上讲， PLC 仅仅是实现控制目的的一种工具， 一种具有特殊功能和特 点的工具，工具本身的使用方法很简单，大部分功能通过“傻瓜式”的组态设置 而实现，重要的是在使用此工具完成某种任务的过程中所体现的思想和技巧。 我 认为实现一台机器自动化的过程，就是赋予此机器“灵魂”的过程

2、，而 PLC 是 我们赋予机器灵魂的工具， “灵魂”即是在实现工艺要求的控制程序中所体现的 编程者的思想，显然，相比而言重点是“灵魂”而不是工具。下面是我在编写程序和调试过程中的一些体会和思考，供大家参考。一、理解工艺实现工艺要求是控制的核心目的， 因此工艺的要求即是我们编写程序的根本 依据和衡量程序质量的最终标准， 对工艺特点理解的深浅程度也就决定了编写程 序框架的完善程度。 需要强调的是， 要站在控制的角度去分析工艺， 要精确到每 一个输入输出控制点， 每一个设备的执行动作及对其他设备或动作的影响， 而不 是仅仅停留在宏观的、 整体的流程， 因为控制人员得到的几乎所有工艺流程资料 都是工艺

3、人员要求的最佳运行状况， 也是所要实现的控制目的， 它仅仅是一个目 标状态，而要实现这种目标运行状态还需要考虑大量的非理想情况， 这就需要思 考在工艺流程中， 哪些地方、 环节会出现哪些异常情况， 这些信息对于控制人员 而言，算是工艺要求中的隐含信息，需要去分析寻找，分析的越细越好，总之， 没有最细只有更细。因此，理解工艺的重点就是去思考那些可能的异常情况，它与确定的工艺要 求有着直接的关系， 这种对工艺的认识思想是必要的。 比较重要的思考方向大体 有以下几点：1、根据整体工艺和设备特点，需要将整体流程细分为哪些子工序。2、子工序之间是否存在接口不统一的问题。3、整个工艺中的控制难点是什么。4

4、、哪些设备或动作之间存在着严格的互锁，或者说是哪些动作必须考虑安 全因素。5、生产如何连续进行，需要整体考虑循环运行的状况。 以上内容仅仅列出了一部分，不容否认，对工艺特点和各种状况的思考深浅 程度是和经验有关系的，应该在学习中逐渐积累经验并培养这种思考习惯。二、顺序控制法编程顺序控制法是相对于经验控制法而言的， 使用顺序控制法编写梯形图程序的 优点是逻辑缜密、思路清晰、可读性好，同时便于维护和差错修改，这种特点在 工程中是非常重要的， 尤其对于逻辑复杂的大型项目， 没有顺序控制思想， 很难 实现编写高质量的程序。其实顺序控制的原理很简单，很容易理解，即当前步有效的条件是上一步有 效且满足当前

5、步有效的其他条件， 当前步无效的条件是下一步变为活动步， 并且 要求在程序中的某一顺序逻辑段中只有一个活动步， 且步有效与否不直接对应输 出，只体现工艺要求的具体执行逻辑。 这种用步来体现程序执行过程的方式的特 点就是逻辑非常清晰。 然而需要指出的是， 只分析两步之间的顺序控制并不能完 整体现顺序控制法的好处， 最好便是在一个控制逻辑复杂一些的大程序中去体会 这种编写方法的优点。 我认为顺序控制法是一种思想， 其表现形式也没有像书上 所表述的那么严格， 非得下一步有效即关闭上一步， 或者只有一个活动步， 主要 还是看程序的具体内容， 步是一种概念， 并不一定就是指一行梯形图程序， 它们 之间可

6、以理解为是本质和表现形式的关系， 只要在程序中思路清晰， 可以多行程 序表示为一步；相反，对步的认识不全面，反而会限制编写程序的灵活性。在阅读或调试程序中去理解顺序控制法的思想会更加深刻， 否则很难体会到 其优点，也很难变为自己的编程习惯， 容易出现这种现象： 谈及顺序控制方法很 简单，但是编写梯形图程序却又体现不出这种思想。 所以只看资料无助于养成使 用顺序控制法的编程习惯，应该多实践和经验交流。另外，关于程序的组织方式并不固定，有很多不同的模式，实验室以往做过 的工控项目主要使用了西门子系列 PLC的S7-300,并形成了统一的编程方法和 模式，主要思想是：输入输出点统一映射到 PLC 内

7、部存储器中，所有的输出信 号以“起保停” 的方式在单独的功能块中统一处理, 这样也便于应用顺序控制法 编写程序； 在控制功能实现方式上, 将整体工艺细分为不同的子工艺, 即可以在 手动模式下单独执行,也可以由另一程序在自动运行模式下按照某种逻辑调用。 有些专业公司的编程模式会不同, 也是由其编程人员在实践中总结形成的, 但是, 目前实验室的这种模式是相对很成熟和规范的, 我们应该继续发展和完善, 程序输入映射自动/手动程序其他0B检修程序系统功能块OB1/主程序、/子程序1)!子程序n数据块输岀程序输出映射图1程序一般组成内容三、程序编写当其他工作已经准备就绪，开始着手编程，编程期间的主要工作

8、就是完成控 制流程图绘制，写流程图的本质就是写程序，其好处就是在一段时间内集中思考 如何实现工艺流程的控制要求，并以文本形式记录下来，这样便于保持在思考如 何实现控制要求时的思维连续性和缜密性，同时也生成了一份控制程序详细文 档，为程序的后续修改、维护提供了直接技术资料，完整的流程图应该体现控制 所需的全部程序。据我了解，很多从事工控职业的控制人员并不知道流程图概念， 他们是直接上机编程，问题就是程序质量比较低，也许是项目太简单，或者是工 艺太熟悉，总之，给人的感觉很不正规。编写流程图是我们实验室的优良传统， 其是完成工控项目的核心步骤之一，通过流程图编程也应该是工控领域的正统做 法。在工艺熟

9、悉后，要根据具体的工艺特点划分出若干个子工艺， 做到这些子工 艺组合起来即是整体工艺，关于如何划分子工艺的问题，没有固定的规范，因编 程者、工艺特点等而不同，但是一般而言，子工艺划分的越多，程序会越灵活，而程序越灵活， 对一些条件的要求也会相应增多。 因此，工艺划分的粗细程度可 以视情况具体权衡。子工艺划分完成后， 可以编写与其一一对应的子程序了， 细分后的子工艺对 应的子程序一般不会有太复杂的逻辑， 因此写起来会容易的多， 子程序在整个控 制程序中是一个个具体的主体程序， 之所以是主体程序， 是因为设备的有序运行 是由它们实际控制的， 自动程序也不过是组织这些子程序按照某种逻辑或时间顺 序执

10、行而已， 所以子程序的编写质量对控制系统的性能十分重要。 鉴于此，在写 子程序时需要特别注意一些问题，主要体现在以下几点。1、程序执行的条件 一般称为程序入口条件，考虑这一点时，主要判断依据对工艺的深刻理解， 对当前子程序对应的子工艺包含哪些设备和输入输出点， 是如何动作的， 运行时 需要哪些机构处在哪些状态， 是否存在程序互锁等， 必须有清晰明确的认识， 在 确定启动条件时一定要找到关键条件， 其实关键条件的确定贯穿于编写程序的整 个过程。需要强调的是要考虑其他子工艺的结束状态， 如果其他工艺与当前工艺 有直接关联且其结束状态不满足当前工艺的启动条件， 这时要考虑如何处理， 是 在其他工艺结

11、束时处理还是在当前工艺执行时处理或是其他的处理方式， 依据实 际情况而定。 另外，需要判断子程序手动模式单独执行同自动模式调用是不是使 用同一入口，有时是需要不同入口的。2、程序的结束状态跟入口条件类似， 程序的结束状态有可能会影响到其他子工艺的启动， 所以 结束状态也是需要考虑权衡的， 与程序执行条件类似， 不再详述。需要注意的是， 结束状态同样存在手动模式程序退出与自动模式程序退出是否使用同一出口的 问题，根据工艺特点，有可能需要设置自动模式和手动模式从不同出口退出程序。3、程序体编写重要的工作是考虑程序如何处理异常情况， 仅仅按照工艺流程写出程序逻辑 是很简单的事情，应该考虑到各种各样的

12、状况，而不是仅仅停留在“如果A则B, 如果B则C”这样的思路上，这种逻辑是不严密的，应该考虑到所有的条件可能 性并编写与其对应的处理程序， 我觉得可以形象地比喻为把一个 “房子” 的漏洞 都堵上，仅留下固定的入口和出口。另外，写子程序时， 每写一步都应该知道设备会如何动作， 我觉得与其说是 编写程序控制设备不如说是构思设备的工作流程后映射出程序， 这样有利于考虑 问题更加全面。当子程序编写完成时，其一般具有这样的特性：（1）程序启动后退出以前，任何信号都无法再次启动它。（2）程序运行结束后，可以再次启动，或者说是可以反复启动。（3）程序运行结束后，程序内没有任何活动步。（4）急停信号有效时，除

13、非有特殊设置，否则必须立刻清掉所有活动步， 即使有特殊设置，最终也必须清掉所有活动步，并且不影响下次启动。（5）如果程序内存在循环，当程序停止信号有效时，若正在执行循环程序 段，应该跳出当前循环程序段，执行完剩余程序后退出。（6）至于程序的功能性，考虑到设备有可能处在任何状态下，除非出现特 殊情况，否则必须在满足工艺要求的基础上，保证在程序上做到安全可靠。以上几条特点， 基本上反映了对子程序的要求， 但是绝不局限于这些， 所有 的程序都是为工艺服务的，一切要以具体工艺而定。子程序编写完成后， 就要考虑如何使它们组合起来完成整体工艺的要求， 这 就需要另外编写一个程序以确定他们执行的节拍，这个程

14、序即是所谓的自动程 序，有时候也不一定单独编写一个程序块， 可以在主程序中去处理， 当遇到子程 序较多且逻辑复杂的时候， 为了使程序结构清晰一些， 一般会单独编写自动程序。 自动程序与子程序没有本质的区别， 但是有一些特点： 程序段之间往往没有严密 的顺序逻辑， 具有关键条件的单独指令比较多， 没有直接的输出信号而主要是反 复地调用子程序等。 这时就需要整体考虑工艺流程了， 比较重要的工作就是寻找 流程中的一些关键条件， 这也是难点， 这些条件与子程序的划分有关系， 如果关 键条件找的恰当，在功能实现上就会容易的多，编写思路也会清晰的多。自动程序的实现方式多种多样， 某些细节体问题的处理完全取

15、决于编程者的 思想，但同时也受子程序的影响，最好由编写子程序的人员一并完成自动程序。 由于工艺的不同， 自动程序会体现出截然不同的特点， 所以对于具体的技巧、 方 法问题很难概括，一般需要注意的问题有以下几条。（1）调用子程序脉冲时序问题也许这种问题不经常遇到， 但是在编写时需要有意识地去分析， 尤其对于初 学者，其出现时序问题的原因会是多样的， 主要存在子程序的启动条件中。 比如 如果某一子程序的某一启动条件同样与自动程序发出的启动脉冲有关， 则容易出 现时序问题， 还跟此条件位在程序扫描过程中处于那一子程序的前后有关， 具有 不确定性， 时序问题与简单的逻辑问题相比一般不容易被发现， 因此

16、写程序时尽 量不要使用这种边缘的、不确定的方法。（2）异常情况处理问题这一点还是体现在关键条件的确定上， 也就是调用子程序的条件， 由于自动 程序包含了所有的工艺流程， 为了达到某些环节的稳定和可靠， 需要考虑异常情 况的处理， 体现为逻辑条件往往会相对比较复杂。 比如如果在执行自动程序过程 中，某一工艺流程受条件限制必须结束但又没有完成相应的功能任务， 造成下面 的环节无法进行， 可是考虑到自动程序的循环特点， 在下一循环周期， 没有完成 任务的工艺流程会继续工作并完成功能任务， 所以在这种异常情况下， 需要考虑 某些子程序不执行对整体程序运行的影响。异常情况可能是多种多样的，总之， 希望自

17、动程序能够自动处理并保持生产的连续性。（3）效率问题整体工艺流程是由自动程序调用子程序来实现的， 应该尽可能地保证程序执 行的紧凑性，以提高生产效率。 效率问题实现起来没有难点， 应该是一种意识问 题，关键是要有对实际生产的理解，站在生产人员的角度考虑问题。（4）初始化问题自动程序运行时， 必须首先对设备进行初始化操作， 对设备进行初始化是基 于这样一种考虑： 自动运行时， 设备有可能处于任何一种状态下， 必须使设备回 到符合自动运行条件的初始位置，这也是基于安全考虑。（5）循环执行关于自动程序的循环执行，不能简单地理解为“ A BCDA B” 模式，有的情况可以那样去处理， 有的情况则不能那

18、样去处理， 要摆脱这种思维 的限制，这种简单的理解也许可以通过一些处理解决大部分自动程序中的逻辑， 但是会使程序变得很僵硬， 并且不稳定不灵活， 有时候这种思维也会影响子程序 的编写质量，这是我个人体会。（6）灵活性灵活性可以理解为根据设备运行的不同状态作出不同的调整， 简单地调整一 些参数或设置就可以自动适应， 无需修改程序本身， 这种功能对实际生产来说非 常有价值，实现起来相对会比较困难一些， 但是是程序编写质量的一个重要标准， 也应该是编程者的努力方向。灵活性可以体现为整体程序具有可组态功能，算是一种比较新的编程思想， 为了实现这种可组态功能，需要搭建一个“组态平台” ，这种“平台”即是

19、经过 分析得出的所有子工艺的逻辑组合， 由操作人员具体选择当前运行哪种组合， 由 于每个子工艺都由子程序去控制完成的， 所以每种组合都一一对应着一种自动程 序。实现这种功能应该从以下几个方向考虑：a. 必须根据工艺特点在满足安全生产的条件下，统计出所有可能的运行工 况。b. 子程序的调用条件必须重新考虑，因为调用条件中增加了工况组合内容。c. 要保证每种组合都能顺序执行，甚至考虑组合的灵活、实时切换。d. 灵活性高也一定程度上意味着可靠性低，所有尤其要思考程序的安全性。总之，自动程序运行后，整体上应该具有以下特点；（1）自动程序运行后，除非急停信号有效，否则操作人员无法停止程序执 行。（2）自

20、动程序运行后，为了避免不稳定因素，除非某些特殊参数，否则不 应该支持在线参数修改。（3）自动程序运行后，可以正常退出程序和自动运行模式，没有任何活动 步保留，并且不能影响程序再次启动。（4）自动程序运行后退出以前，无法再次启动，或者说再次给出启动信号 是无效的。（5）急停信号有效时，除非有特殊设置的保护条件，否则应该立刻依次清 除所有活动步和状态位，并且任何时候急停后，都不能影响程序的再次启动。（6）一次正常运行不能说明程序是稳定的， 自动程序尤其具有这样的特点， 至少需要连续自动循环运行 10 次以上。四、关于程序运行模式和停止、急停1、运行模式整体程序依据调试和生产要求会设置成不同的运行模

21、式， 基本上都会设置成 检修、手动和自动三种运行模式， 某些简单工艺的程序也会设置为手动和自动两 种运行模式，这时的手动模式和检修模式效果是一样的。检修模式。检修运行模式下，操作人员只能操作单一的输出点对应的设备， 只能一个一个地去动作控制对象。 需要注意的是要考虑动作之间的关联情况， 不 当操作会造成事故的设备应该设置程序互锁， 但也并不是互锁越严密越好， 那样 会影响检修操作的灵活性，如何平衡是情况而定。手动模式。 手动运行模式下， 可以单独启动事先编写的子程序， 也就是说可 以运行某一子工艺， 设备会有一连串的动作按照相应逻辑在执行， 在不相互影响 的前提下可以同时运行多个子程序， 需要

22、根据工艺在子程序之间做严格的互锁条 件。自动模式。 自动运行模式下， 设备完全按照自动程序进行动作， 无需人员参 与。2、停止与急停在多种程序运行模式中， 会有不同的启动、 停止及急停信号， 程序在不同状 态下应对停止、 急停信号有不同的反应， 具体的实现方法不在此详述， 只明确停 止信号的分类、名称和停止或急停信号有效时的常规要求。系统停止，即是运行模式的停止，包括“检修停止” 、“手动停止”和“自动 停止”；“程序停止”即是手动运行模式下的子程序停止； “系统急停”是程序运 行中的紧急停止。可以通过以下描述来体现停止或急停信号有效时的常规要求：（1）无论程序运行于哪种模式下， “系统急停”

23、有效时，除非有设置的特殊 保护功能，应该立刻、依次清除所有活动步和状态标志位。（2）检修运行模式下，“检修停止”与“系统急停”的效果完全一样。（3）手动运行模式下，是否设置“程序停止”信号，取决于子程序的特点， 往往在程序包含循环时设置“程序停止” ，当“程序停止”有效时，要求子程序 执行结束后退出， 若还没执行到循环程序段， 则不再体现循环特点， 若正在执行 循环程序段，则跳出循环， 其他不变。若某个或某几个子程序正在执行， 这时“手 动停止”有效时，不影响当前子程序的执行， 程序也不会立刻退出手动运行模式， 而是等所有子程序运行结束后， 才退出手动运行模式， 并且在退出手动运行模式 之前，

24、无法启动其他没有运行的子程序， “手动停止”兼有“程序停止”的功能。（4）自动运行模式下，“自动停止”有效时，与手动运行模式下的“程序停 止”有些类似， 可以当所有子程序运行标志位无效时退出， 也可以执行完一个整 体工艺流程后退出，依据具体情况而定，方式方法可以讨论，集思广益。另外，关于“系统急停”的实现方法需要特别说明，一般而言，系统急停信 号来自为了应对突发事件而设置的紧急停止按钮， 因此还不能将急停的作用简单 等同为清除所有活动步、 输出位和状态标志位， 其最终目的是设备发生异常情况 时，按下此按钮使得设备、人员安全，损失最小，清除活动步或状态位只是实现 设备、人员安全目的的程序变化情况

25、之一。 为了实现急停功能， 主要考虑程序结 构及生产工艺特点，与之对应的处理方法是使用分步急停和设置急停附加流程。（1）分步急停。由于程序中存在运行模式的选择和嵌套调用，所以不能在 同一时刻清除所有活动步、 输出位和状态标志位等， 这会影响下一次程序的运行， 解决的方法是使用分步急停， 依据嵌套顺序由里向外依次清除活动步和状态标志 等。（2）急停附加流程。考虑的具体工艺要求和实际控制对象特点，可能存在 不能保证任意时刻复位所有输出位是安全的，这与上述的“设备、人员安全，损 失最小”的目标相违背， 所以这就需要判断急停信号有效时所处的生产阶段， 根 据不同阶段希望系统做出不同的反应， 有时必须在

26、急停信号清除其他所有活动步 和状态位的同时适时启动急停附加流程以应对急停信号在生产的特殊阶段有效 时所产生的不良后果。五、程序调试程序编写完成需要经过全面调试才能应用于生产， 程序调试即是在保证安全 的前提下，按照要求逐一检验系统功能，由于程序是第一次联机控制设备运行， 这时可能会遇到各种各样的问题， 所以安全因素就变得尤其重要， 最基本的原则 是不管以哪种方式进行调试，必须保证设备和人员是安全的。调试应该按照从简单到复杂的顺序有序进行， 按照预先制定的调试计划从控 制系统接线情况到程序功能实现效果等逐一进行， 具体步骤为：检修一手动一自 动。除验证程序功能之外，程序调试需要做的工作和注意事项

27、还有：1、制定调试计划 制定调试计划是为了避免没有针对性和目的性的盲目调试， 需要分析程序的关键部分并有针对性地去验证， 这样可以在最短的时间内发现程序中的问题。 调 试计划一般包括调试时间、 调试内容等， 即便没有书面的调试计划， 调试人员至 少要有清晰的调试思路， 方式方法依据个人经验和能力而定， 但是应该养成制定 调试计划的习惯。2、完成调试记录在调试过程中， 需要将调试的效果和出现的问题详细记录下来， 以便于继续 完善程序，同时也总结了实践经验。调试记录一般包括调试时间、参加人员、调 试内容及实际效果、出现的问题及原因等。3、虽然控制台 /柜在出厂之前一般已经测试完毕， 但是在系统从新运行之前， 必须再次测试， 内容是检查所有电源线路是否存在短路情况， 保证控制系统设备安全，其他信号线可以等系统运行后测试4、一定要和现场人员保持密切、 流畅的沟通， 根据实时工况合理设置参数， 并且必须得到现场人员的认可后才能进行操作。5、应该首先调试系统急停功能，系统急停有效是最基本的要求，而且要验 证任意时刻的系统急停功能， 要保证在调试其他功能出现异常时， 系统急停的有 效性。6、调试中发现有程序编写错误或其他问题，若需修改程序，要尽量做到程 序与流程图同步修改，并且务必做到程序备份，并记录备份