PLC控制系統(tǒng)中設(shè)備手動和自動切換功能的實現(xiàn).doc

引言 在當前的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，普遍采用了PLC控制系統(tǒng)，通過軟件程序來實現(xiàn)控制設(shè)備之間的聯(lián)鎖控制也就是自動控制，由控制設(shè)備驅(qū)動的工廠機械設(shè)備來完成滿足工藝要求的生產(chǎn)過程。這里，設(shè)備的運行分為單體手動操作和自動控制運行兩種方式。在單體手動操作中，一般是在設(shè)備就地（機旁）操作。PLC的程序控制主要是進行自動控制，但其中也包括單體手動操作，其完成的功能和就地（機旁）操作是一樣的，不同之處在于，它是通過程序的方式來實現(xiàn)，并且一般是在上位機的監(jiān)控畫面中通過點擊鼠標的方式進行，也就是在機房或控制室中進行而不是就地（機旁）。手動操作（包括程序中的手動單體操作）和自動控制程序的主要區(qū)別在于，自動控制程序是在正式投產(chǎn)后，各個設(shè)備沒有故障可正常工作時運行。而手動操作是在調(diào)試期間用于俗稱的“打點”時用，或正常運行時，有設(shè)備出現(xiàn)故障時用。例如，某供水水箱的液位控制，水位高時，啟動出水泵供水，水位低時，停止泵供水，假如水箱的液位傳感器出現(xiàn)故障，自動控制就無法進行，那么為了繼續(xù)維持生產(chǎn)，就需要操作人員現(xiàn)場手動操作，根據(jù)水箱的液位指示器來手動啟動和停止出水泵的運行及相應(yīng)閥門的開關(guān)。需要指出的是，本文所指的設(shè)備是PLC輸出控制的開關(guān)量設(shè)備，模擬量設(shè)備不在本文的討論之列。 設(shè)備手動和自動切換的方式 在本文中，設(shè)備是指工廠機械設(shè)備及其控制設(shè)備?？刂圃O(shè)備是指電機，閥門等等，而設(shè)備的手動和自動運行，主要體現(xiàn)在控制設(shè)備的手動和自動運行。例如，對于電機的控制一般是通過MCC（電機控制中心）電氣控制系統(tǒng)來進行的，電機的遠程和就地信號，即自動和手動的切換信號，以及啟動、停止、故障等信號均由MCC提供并接到PLC硬件系統(tǒng)。在MCC柜上的遠程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地時，進行就地手動操作；打到遠程時，進行PLC的程序自動控制，或在上位機畫面上進行點擊鼠標式的手動操作。我們可以這樣來理解PLC控制系統(tǒng)、就地電氣控制系統(tǒng)、控制設(shè)備和工廠機械設(shè)備之間的關(guān)系，即自動控制（包括PLC程序中的手動操作）是由PLC控制系統(tǒng)通過電氣控制系統(tǒng)，由電氣控制系統(tǒng)來控制像電機一樣的控制設(shè)備，最后由控制設(shè)備來驅(qū)動工廠機械設(shè)備的運行。而電氣控制系統(tǒng)像MCC柜本身，就可以直接進行手動就地操作。 對于電機的控制來說，正常運行時，首先是PLC程序的自動控制，此時的遠程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機的畫面上，人工進行單體設(shè)備的操作，以維持生產(chǎn)或進行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，則需要在就地（機旁）進行操作，一般是進行電機停止的操作。 對于閥門來說，一般也有相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)，就像MCC一樣，其一般是就地的現(xiàn)場電磁閥控制柜（箱），一般都有遠程就地的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于手動和自動運行的切換。和電機控制一樣，正常運行時，首先是PLC的自動控制，此時的遠程就地的轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠程的位置，然后如果出現(xiàn)PLC無法處理的問題或故障，則需要在上位機的畫面上，人工進行單體設(shè)備的操作，以維持生產(chǎn)或進行安全聯(lián)鎖操作。最后如果依然不能解決問題，遠程就地轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地位置，進行現(xiàn)場的就地控制。如果還不能解決問題，則只能使用手動閥門進行安全操作。 顯然，就地手動和遠程自動運行，是通過就地控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)的。PLC程序中的手動和自動的切換功能，也可以這樣做，在程序中實現(xiàn)類似于轉(zhuǎn)換開關(guān)這樣的操作是沒有問題的。 設(shè)備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法1 當遠程就地信號為1時，即表示現(xiàn)場的控制柜（箱）上的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到了遠程位置，可進行PLC的自動控制；當其為0時，則表示是現(xiàn)場手動操作。為了實現(xiàn)程序內(nèi)部的手動自動切換，就像遠程就地信號一樣，設(shè)置一個中間變量，這個中間變量作為程序手動單體設(shè)備操作的標志，是由上位機監(jiān)控程序來賦值的，其值為1時，進行程序的單體設(shè)備手動操作；為0時PLC程序進行自動控制。由此可見，每一個自動控制中的設(shè)備都是在這兩個條件下運行的。 我們用梯形圖來實現(xiàn)一個電機和一個閥門的手自動切換功能，設(shè)置如下輸入、輸出IO標簽和中間變量： 輸出：電機啟動START 電機停止STOP 閥門打開OPEN 閥門關(guān)閉CLOSE 輸入：電機MCC柜遠程就地信號RL_M 閥門控制柜遠程就地信號RL_V變量：電機啟動條件A 電機停止條件B 閥門打開條件C 閥門關(guān)閉條件D 電機的上位機手動操作中間變量UP_MAN_M 電機的上位機手動操作啟動UP_START_M 電機的上位機手動操作停止UP_STOP_M 閥門的上位機手動操作中間變量UP_MAN_V 閥門的上位機手動操作打開UP_OPEN_V 閥門的上位機手動操作關(guān)閉UP_CLOSE_V 使用美國A-B公司用于Logix5000系列PLC的RSLogix5000編程軟件的梯形圖，程序如圖1： 圖1 其中（L）為置位指令，（U）為復位指令。這里之所以用置位、復位指令，主要是考慮到啟動（打開）條件和停止（關(guān)閉）條件可能是脈沖型的（例如上升沿脈沖），需要保持（注：如果MCC中的控制回路使用了“啟動-保持-停止”方式，那么采用脈沖輸出比較合適，就像自復位式按鈕一樣。這里為了簡化梯形圖程序，沒有這樣做。有興趣的讀者不妨一試）。電機啟動或停止條件是自動控制時的聯(lián)鎖條件，上位機進行手動操作時，自動控制程序不能執(zhí)行。同樣就地操作時，PLC的程序控制也不能執(zhí)行，程序可以根據(jù)需要將此時的電機啟動和停止控制信號復位。閥門的控制也是一樣。這樣各個設(shè)備均可根據(jù)情況進行自動運行或手動操作。 設(shè)備手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法2 上面的方法對手自動切換時的各種情況都進行了考慮，程序進行設(shè)計時需要時時刻刻注意手自動切換問題，程序量相對于沒有手自動切換時也有所增加。如果把程序中的手動程序同自動程序分開，程序就會顯得更加清晰明了，同時設(shè)計自動程序時也不必時時刻刻注意手自動切換問題。這樣是否可行呢？我們不妨將上面的梯形圖程序改造成如圖2所示。 圖2 顯然，這是可行的，由于手動程序最后執(zhí)行，電機或閥門的啟動、停止或打開、關(guān)閉，由手動程序決定。也就是說，當自動控制程序運行時，如果有上位機手動操作，則上位機手動操作優(yōu)先。例如當自動程序要求電機停止時，如果上位機手動操作讓其啟動，則電機啟動。其中的原因是，程序?qū)ο嗤兞炕騃O標簽的賦值操作，最后執(zhí)行的程序有效。例如下面的例子： IFATHEN Y:=0; END_IF; IFBTHEN Y:=1; END_IF; 在A，B都為1時，Y=1。因為最后執(zhí)行的語句有效，不管是PLC梯形圖程序還是其他計算機程序都是這樣。 對于遠程就地的現(xiàn)場手動操作來說，當轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地時，PLC梯形圖程序繼續(xù)根據(jù)聯(lián)鎖條件執(zhí)行，但輸出將不起作用，設(shè)備的狀態(tài)由現(xiàn)場操作決定。轉(zhuǎn)換開關(guān)再次打到遠程時，PLC程序的輸出才能真正控制設(shè)備的運行。 設(shè)備組手動和自動切換的程序?qū)崿F(xiàn)方法 在上面我們主要介紹了單體設(shè)備的手動自動的切換問題，那么在工業(yè)生產(chǎn)過程的控制中，不少設(shè)備是一同完成某種功能的，這些設(shè)備一起組成一個設(shè)備組，可以把它們當作一個單體設(shè)備來考慮。這樣就可以利用上面的方法來實現(xiàn)設(shè)備組的手動自動切換問題。 雖然設(shè)備組可看作是單體設(shè)備，但其中內(nèi)部畢竟還包含著真正的單體設(shè)備，也存在內(nèi)部單體設(shè)備的手動自動切換問題，那么如何來解決設(shè)備組和其內(nèi)部的真正單體設(shè)備手動自動切換問題呢？這里，我們采用和方法2類似的方法，將設(shè)備組的單體操作程序放在自動程序和真正單體設(shè)備的操作程序之間，這樣就可以即進行設(shè)備組的單體操作，也可以進行真正單體設(shè)備的操作，也就是說，真正單體設(shè)備的操作優(yōu)先級最高，其次是設(shè)備組單體設(shè)備，最后才是自動控制程序。當然如果不嫌麻煩，也可以用方法1的方式來實現(xiàn)。 需要指出的是，對于設(shè)備組的功能，多次使用時，用子程序的方式來實現(xiàn)是最理想的。 最后，我們可以此類推，把整個工廠控制設(shè)備當作一個設(shè)備組來考慮，也可以為其提供手動自動切換的功能。 目前，在國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)的PLC自動化系統(tǒng)的新建或改造項目中，用戶對設(shè)備的手動操作和自動控制功能都十分重視，尤其是對手動操作功能格外的重視，對此的一般解釋為“國內(nèi)設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)”，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)問題，需要在自動控制的過程中進行手動操