PLC程控系统的程序调试

近年来， 随着工业自动化水平的迅速提高， 适用于开关量逻辑顺控的PLC无得到了广泛应用， 有关PLC的应用研究也大量出现。但这些研究成果大多局限于PLC在各种控制场合中的应用情况， 如控制系统构成、基本性能等， 而PLC程控系统的程序调试则少有涉及。

程序调试是程控系统投人运行前的重要阶段， 通过程序调试对系统的组态及逻辑功能逐步进行修改和完善， 以更好地满足现场实际运行要求。就笔者掌握的情况来看， 目前不少调试人员不是把程序调试作为一项系统性工作来对待， 而是随心所欲， 未能对各种运行情况给予全面考虑， 给现场安全运行带来了隐患。本文结全笔者对PLC程控系统的实际调试经验， 提出了一套完整的调试方法， 在用户程序编制以后， 分阶段依次进行实验室调试、制造厂调试和现场调试。调试手段由浅入深， 有效避免了问题的发生， 并与设备制造工期相配合， 具有调试时间短、调试成本低的特点。

1 调试步骤与方法

PLC 系统的程序调试可分为以下三个步骤。

1.1 实验室调试

在实验室中即可进行， 主要完成以下工作：

编程器不与PLC 相连， 仅在离线状态下， 通过使用编程软件中的“ 文件检查” 功能检查程序是否与其组态相匹配、是否有重复输出线圈、各种参数值是否超出设定范围及基本语法错误。调试中发现的任何错误均显示相应的错误代码， 调试人员可查找用户手册确定错误内容并及时修改。

编程器只与PLC 主机在线联络， 此时可以检查通信口参数的设置、PLC和I/O状态设置， 还可将各控制功能程序块提出， 排除其它程序的干扰， 对输入信号和中间接点信号进行状态强制， 观察相应的输出接点变化是否满足程序设计的逻辑要求， 对程序逻辑进行初步检查。

由于实验室调试只需编程器和Pl刃主机， 设备较少， 接线简单， 调试非常方便， 可对程序中各功能单元进行局部测试。

1.2 制造厂调试

在程控设备成套厂对整个PLC系统进行调试。首先， 待系统上电后， 通过观察CPU模块和各接口模块的指示灯， 检查CPU和总线接口的状态是否正常， 系统能否正常运行。同时检查实际PLC系统与程序“ 通信管理表I/Omap”中远程站及站中模块的设置是否一致， 以及系统的通信配置是否满足要求。至此， 整个PLC系统的配置基本确定。

接下来用拨码开关制成仿真器连接到输入模块的接点上， 然后根据输人信号、现场反馈信号（ 如限位开关的通断） 的先后顺序拨动相应的开关， 模拟实际运行情况， 将实验室调试完毕的各控制功能程序块连接起来， 并观察编程器及输出模块上是否有相应的顺序输出， 以此考核H 尤的编程动作是否满足逻辑要求。调试时同样应充分考虑各种可能情况， 在系统不同的工作方式下， 对逻辑图中的每一条支路、各种可能的进展路线都应逐一检查， 直至在各种可能情况下输人与输出之间的关系完全符合逻辑要求。在程序编制时有些计时器设定值较大， 为缩短调试时间， 程序调试时可将设定值减小， 待模拟调试结束后再写人其实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时， PLC之外的其它控制设备（如控制台、继电器屏等） 的制作、接线工作可同时进行， 以缩短生产周期。经制造厂调试后， 应用程序的整体逻辑功能可认为基本通过。

1.3 现场调试

PLC装置在现场安装后， 要进行联机调试， 将程控系统与检测设备及执行机构连接在一起， 通过实际操作观测现场设备的运行状态， 并根据现场实际情况及运行人员的要求对所编程序进行修改， 使之与现场设备更为紧密地结合在一起， 直至整个程控系统良好运行。这一方面要求调试人员对程序逻辑十分清楚， 另一方面还要熟悉所有被控设备的工作原理。这部分工作量比较大， 也是程序调试的关键。下面以火电厂输煤程控系统为例， 进行具体分析说明。

程控系统外围接口检查

在火电厂输煤程控系统进行现场调试时， 首先对皮带传感器信号、挡板到位信号、犁煤器上下位信号、高低煤位信号及设备状态等所有现场输人信号线路进行测试。由现场发来模拟信号， 在控制室中依次观察对应的输人继电器、输人模块及编程器中该接点的状态是否一致。如不一致可顺序排查找出故障点， 并及时排除。

对输出信号线路的测试可以在编程器中对设备启停、犁煤器抬落等输出信号进行强制， 然后顺序观察输出模块、输出继电器及就地接点的状态， 并保持一致。

经过上述输入、输出信号测试即可保证程控系统接线正确无误， 下一步对整个输煤系统进行程序调试， 根据现场设备的实际运行情况， 对程序作出相应修改， 最终得到针对现场设备的应用程序。

现场调试时经常遇到到货设备与原设计不一致的情况， 此时应根据实际设备的原理接线对其控制程序进行修改， 同时还应全面考虑对与之有联锁关系的其它设备是否产生影响; 另外， 当某个现场信号不可靠时可以考虑采用其它信号代替， 如速度信号对皮带来说必不可少， 但经常工作不稳定， 这时可采用运行信号加一定时间的延时来代替。虽然从本质上讲两者有一定差别， 但从实际运行效果出发， 这种替代做法尚行得通; 暂停I/O服务指令可通过程序将控制器与现场隔开， 免除拆除接线或切除外部电源， 给调试程序带来极大方便。用户程序必须经过一定时间的运行考验， 才可以投入实际现场工。

2 数字滤波与软件容错技术在程序调试中的应用

PLC现场调试过程中， 经常会出现意想不到的干扰信号， 给实时控制和测量系统带来一定偏差。除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外， 笔者还利用PLC计算速度快的特点， 充分发挥软件的优势， 保证系统既不因干扰而停止工作， 又能满足工程所要求的精度和速度， 其中数字滤波和软件容错技术是程序调试中两种经济、有效的方法。

2.1 数字滤波

对于较低信噪比的模拟量信号， 常常因现场瞬时干扰而产生较大波动， 如果仅用瞬时采样值进行控制计算， 就会产生较大误差， 因此本人采用了数字滤波方法。现场信号经A/D转换后变为离散的数字量信号，然后将形成的数据按时间序列存人PLC内存， 再利用数字滤波程序对其进行处理， 滤去噪声部分获得单纯信号。实用的数字滤波方法有： 平均算法滤波、峰值剔除滤波和中值滤波三种方法， 在实际应用中可单独使用某一种方法， 也可几种方法同时使用， 以收到更好的效果。其在控制系统中的位置如图1所示。

再以火电厂输煤程控系统为例， 笔者在现场调试时对设备工作电流、皮带秤煤量、碎煤机温度及振动、煤仓煤位等模拟量信号采取了平均值滤波的方法进行预处理， 对输人信号采用10次采样值的平均值来代替当前值， 但并不是通常的每采样10次求一次平均值，而是每采样一次就与最近的9次历史采样值相加， 即

2.2 软件容错

由于电厂输煤系统及其它工业现场环境通常比较恶劣， I/O信号传送距离也较长， 常常会使传送的信号产生错误， 出现一些程序编制时考虑不到的干扰信号。为提高系统运行的可靠性， 使PLC在信号出错的情况下能发现错误， 并能排除错误的影响继续工作， 笔者在火电厂输煤程控系统调试中采取了以下软件容错措施：

在目前现场设备信号不是完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号， 为防止输人接点的抖动或接触不良而产生“ 伪报警” ， 在程序调试时采取不同时间的延时判断。若延时后仍不消失， 再执行相应动作。如皮带的打滑、跑偏等信号， 最后在调试时均设定不同时间的延时;

充分利用各种信号间的组合逻辑关系构成条件判断， 使个别信号出现错误时， 不会因错误判断而影响系统正常的逻辑功能， 使程序能够顺利执行下去。

如皮带的打滑、跑偏及拉绳开关等故障信号均与皮带运行信号串联使用， 即只有皮带启动后才能发挥作用。若单纯使用故障信号则可能无法启动皮带。这种方法在现场调试时具有很大的灵活性;

在国内一些输煤控制程序中， 皮带的启、停信号， 犁煤器的抬犁、落犁等输出信号普遍采用定时脉冲信号， 这样容易造成信号保持与设备响应之间的不协调， 即设备已经响应但信号仍然保持， 或设备尚未响应但信号已经消失。本文采用设备到位的反馈信号来切断动作回路， 有效地解决了某些现场设备动作不可靠的问题。通过设备对输出信号的响应切断其控制回路， 使控制软件与现场设备更为紧密地结合起来。

出于在现场调试时系统硬件配置已经确定， 对其增加和修改都比较困难， 而从软件方面考虑无须增加任何硬件， 可充分发挥计算机软件优势， 经济实用， 可根据不同

出于在现场调试时系统硬件配置已经确定， 对其增加和修改都比较困难， 而从软件方面考虑无须增加任何硬件， 可充分发挥计算机软件优势， 经济实用， 可根据不同的具体情况采用不同的容错技术， 使用方便、灵活， 可作为硬件容错的补充， 进一步提高系统抗干扰能力。现场实际应用表明， 数字滤波和软件容错技术在程序调试中必不可少， 且行之有效。

3 结论

上述PLC系统调试方法虽然以火电厂输煤程控系统的调试经验为依据， 但同样适用于其它控制场合及不同规模的程控系统， 因此具有广泛的推广应用价值。若能严格按照以上调试步骤， 并合理运用各种调试方法， 将有助于解决调试过程中遇到的各类问题， 提高调试效率， 收到事半功倍的效果。