PLC產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮的問(wèn)題
對(duì)任何工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，用戶最關(guān)心的問(wèn)題，就是可靠性。其它的性能，用戶從產(chǎn)品的樣本上都可以看到，并可以立即判斷出這個(gè)產(chǎn)品是否能用。只有產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題，用戶不是一下子能夠看得出來(lái)的。而且，如果產(chǎn)品不可靠，在用戶的使用中，損壞的可能不僅是產(chǎn)品本身，而是和產(chǎn)品相關(guān)的整個(gè)設(shè)備，和這個(gè)設(shè)備正在生產(chǎn)的整批產(chǎn)品。就拿PLC做例子來(lái)說(shuō)，如果用在了高爐控制系統(tǒng)上，那么，當(dāng)PLC發(fā)生故障的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)、上料系統(tǒng)、控制閥通通出現(xiàn)故障或異常，嚴(yán)重的，可能導(dǎo)致整爐鐵水報(bào)廢，甚至整座高爐的報(bào)廢。
那么，PLC的制造商如何來(lái)保障產(chǎn)品的可靠性呢？
產(chǎn)品的可靠性，其實(shí)是體現(xiàn)在故障率上，故障率越低，可靠性就越高。而要降低故障率，首先要分析可能產(chǎn)生故障的因素，這就要從PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用的外部環(huán)境來(lái)入手分析。
從PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以分為軟件和硬件兩個(gè)大的部分，而軟件又分為底層軟件、應(yīng)用軟件和編程軟件；硬件則分為CPU、電源、I/O、通訊、接插件和機(jī)械結(jié)構(gòu)等幾個(gè)部分。
首先分析PLC硬件的故障率。由于PLC的特殊的程序結(jié)構(gòu)，在CPU和I/O電路方面，故障率的大小主要與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件的選擇、和生產(chǎn)工藝有關(guān)。而硬件設(shè)計(jì)與元器件的選擇主要取決于研發(fā)的水平和經(jīng)驗(yàn)，而且，經(jīng)過(guò)幾代產(chǎn)品的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，對(duì)于有一定歷史和應(yīng)用規(guī)模的制造商來(lái)說(shuō)，在這方面可以控制得比較好。而生產(chǎn)工藝方面，對(duì)于有自己的生產(chǎn)線的廠家可以通過(guò)多次的生產(chǎn)來(lái)分析自己生產(chǎn)線的特點(diǎn)，尤其是生產(chǎn)過(guò)程的不足，因此，通常即便每個(gè)產(chǎn)品前兩批產(chǎn)品有問(wèn)題，也可以通過(guò)對(duì)故障進(jìn)行診斷，來(lái)改善和改進(jìn)生產(chǎn)線，因此，在這方面的問(wèn)題不會(huì)太多。
而對(duì)于電源部分來(lái)說(shuō)，因?yàn)镻LC的電源除了給PLC本身供電外，有時(shí)還要給外部的儀表供電，另外，PLC本身因?yàn)樗鶐У腎/O模塊（或者擴(kuò)展I/O模塊）的數(shù)量變化，因此，負(fù)載的變化比較大。而從設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，只能按照最大的考慮，但電源因?yàn)槭枪β势骷苋菀装l(fā)熱，功率器件的溫升進(jìn)一步又會(huì)影響周邊其它器件的性能，尤其是當(dāng)過(guò)流或者過(guò)壓的情況存在時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)燒壞元件的情況，但如果余量留得太大，成本又增加很多，所以，電源模塊是一個(gè)比較容易出現(xiàn)故障的部分。通常，解決的問(wèn)題，除了選取質(zhì)量好的器件外，還要從設(shè)計(jì)上考慮足夠大的余量，而犧牲一些成本。比如，現(xiàn)在德維森的V80的PLC，電流額定即便只有10A，但實(shí)際上做了50A的容量，就基本上可以消除這方面的問(wèn)題。
通訊部分，是PLC在使用中客戶投訴最多的部分，PLC的通訊通常有串口（RS232，RS485），以太網(wǎng)，和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)口。由于這些通訊的手段大都來(lái)源于個(gè)人計(jì)算機(jī)，因此，許多標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口的規(guī)范并不是能十分適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的，比如電壓等級(jí)，容錯(cuò)率等等。因此，通訊口出現(xiàn)問(wèn)題的概率比較的。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，如何能夠通過(guò)軟件和硬件的設(shè)計(jì)，使得通訊口對(duì)外界的適應(yīng)性增強(qiáng)，以及通過(guò)采取各種抗干擾措施，減少外界對(duì)PLC內(nèi)部的通訊部分的干擾，這是一個(gè)十分具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。另外，要提出的是，既然是通訊，必然涉及到協(xié)議的問(wèn)題，也就會(huì)牽涉到通訊的對(duì)方，比如計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、其它的PLC、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表或智能設(shè)備等等，而許多通訊的故障都是由于通訊的對(duì)象的問(wèn)題或者通訊參數(shù)設(shè)置問(wèn)題引起的，而不是PLC的真正故障，這就要考驗(yàn)在PLC的安裝和使用中，負(fù)責(zé)調(diào)試的技術(shù)人員的水平和經(jīng)驗(yàn)了。
接插件在PLC的成本中占的比重雖然不是很大，但卻是PLC在使用過(guò)程中常常出現(xiàn)故障的元件，接觸不良是最常見(jiàn)的現(xiàn)象，即便是設(shè)計(jì)得很好的PLC的接線端子，如果用戶在接線時(shí)不是很小心，也會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題。而接線端子的標(biāo)識(shí)如果不是很清晰醒目，或者接線人員心不在焉的話，還會(huì)發(fā)生接錯(cuò)線的情況，如果將強(qiáng)電接入到信號(hào)端，將立即造成PLC的損壞。
從設(shè)計(jì)的方面來(lái)說(shuō)，對(duì)PLC接線端子的設(shè)計(jì)也是很講究的，不僅要選擇接觸性能良好的端子，還要考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，考慮端子的耐用性，和安裝、調(diào)試和維修時(shí)接線端子的接插的方便性。另外，對(duì)端子的標(biāo)識(shí)往往是許多PLC制造商容易忽略的事情，如何人性化地考慮端子的標(biāo)識(shí)，更是考驗(yàn)PLC設(shè)計(jì)人員的心理知識(shí)水平。
PLC的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是外殼和底板，不僅要考慮對(duì)內(nèi)部電路板、通訊接口、端子的連接和固定，還要考慮PLC的散熱、對(duì)外界的灰塵、水汽和沖擊的防范，還要考慮振動(dòng)、甚至電磁干擾的屏蔽。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是產(chǎn)品外觀的主要表現(xiàn)，因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要了解各類電氣和機(jī)械知識(shí)，也要考慮現(xiàn)場(chǎng)用戶的使用習(xí)慣，更要具備足夠的藝術(shù)修養(yǎng)。
軟件方面，從開(kāi)發(fā)的角度來(lái)說(shuō)，要完成PLC的所有功能已經(jīng)是一項(xiàng)十分龐大的系統(tǒng)工程，而這部分的工作在整個(gè)PLC的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和編程里，其實(shí)只是所有的工作量中的很小的一部分。其余的，大部分都是要圍繞著可靠性的方面，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和編程。軟件可靠性的設(shè)計(jì)，首先要考慮PLC在正常運(yùn)行時(shí)各種可能的突發(fā)情況，要進(jìn)行容錯(cuò)設(shè)計(jì)。由于PLC是直接與各類硬件打交道的，包括CPU的地址、數(shù)據(jù)、寄存器、緩存，還有外界的輸入輸出控制，而許多硬件的受各類影響，會(huì)發(fā)生不同的變化，因此，但是內(nèi)部的容錯(cuò)處理就已經(jīng)是很大的工作量了，而這些方面的編程，并沒(méi)有一定的章法和先例可循，完全靠經(jīng)驗(yàn)。另外，對(duì)于外界的一些環(huán)境影響，如電磁干擾、溫度變化、信號(hào)錯(cuò)誤、通訊錯(cuò)誤、各類信號(hào)的超限變化等，還有人為操作的失誤，如編程錯(cuò)誤，接線錯(cuò)誤和操作失誤等；都要進(jìn)行必要的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，這些就更是要依靠經(jīng)驗(yàn)積累了。之所以PLC的品牌就那么多，而且都是老牌的公司，主要就是由于這個(gè)原因。
以上所說(shuō)的主要是底層軟件的可靠性考慮，而在PLC的編程軟件上，除了同樣考慮上述因素外，還要加上用戶的編程習(xí)慣、軟件界面的友好和優(yōu)化、與其它軟件的兼容和通訊、與各類數(shù)據(jù)庫(kù)的交換、程序結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)判斷和處理等等；更是不一而足了。
那么，PLC的制造商如何來(lái)保障產(chǎn)品的可靠性呢？
產(chǎn)品的可靠性，其實(shí)是體現(xiàn)在故障率上，故障率越低，可靠性就越高。而要降低故障率，首先要分析可能產(chǎn)生故障的因素，這就要從PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用的外部環(huán)境來(lái)入手分析。
從PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以分為軟件和硬件兩個(gè)大的部分，而軟件又分為底層軟件、應(yīng)用軟件和編程軟件；硬件則分為CPU、電源、I/O、通訊、接插件和機(jī)械結(jié)構(gòu)等幾個(gè)部分。
首先分析PLC硬件的故障率。由于PLC的特殊的程序結(jié)構(gòu)，在CPU和I/O電路方面，故障率的大小主要與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件的選擇、和生產(chǎn)工藝有關(guān)。而硬件設(shè)計(jì)與元器件的選擇主要取決于研發(fā)的水平和經(jīng)驗(yàn)，而且，經(jīng)過(guò)幾代產(chǎn)品的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，對(duì)于有一定歷史和應(yīng)用規(guī)模的制造商來(lái)說(shuō)，在這方面可以控制得比較好。而生產(chǎn)工藝方面，對(duì)于有自己的生產(chǎn)線的廠家可以通過(guò)多次的生產(chǎn)來(lái)分析自己生產(chǎn)線的特點(diǎn)，尤其是生產(chǎn)過(guò)程的不足，因此，通常即便每個(gè)產(chǎn)品前兩批產(chǎn)品有問(wèn)題，也可以通過(guò)對(duì)故障進(jìn)行診斷，來(lái)改善和改進(jìn)生產(chǎn)線，因此，在這方面的問(wèn)題不會(huì)太多。
而對(duì)于電源部分來(lái)說(shuō)，因?yàn)镻LC的電源除了給PLC本身供電外，有時(shí)還要給外部的儀表供電，另外，PLC本身因?yàn)樗鶐У腎/O模塊（或者擴(kuò)展I/O模塊）的數(shù)量變化，因此，負(fù)載的變化比較大。而從設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，只能按照最大的考慮，但電源因?yàn)槭枪β势骷苋菀装l(fā)熱，功率器件的溫升進(jìn)一步又會(huì)影響周邊其它器件的性能，尤其是當(dāng)過(guò)流或者過(guò)壓的情況存在時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)燒壞元件的情況，但如果余量留得太大，成本又增加很多，所以，電源模塊是一個(gè)比較容易出現(xiàn)故障的部分。通常，解決的問(wèn)題，除了選取質(zhì)量好的器件外，還要從設(shè)計(jì)上考慮足夠大的余量，而犧牲一些成本。比如，現(xiàn)在德維森的V80的PLC，電流額定即便只有10A，但實(shí)際上做了50A的容量，就基本上可以消除這方面的問(wèn)題。
通訊部分，是PLC在使用中客戶投訴最多的部分，PLC的通訊通常有串口（RS232，RS485），以太網(wǎng)，和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)口。由于這些通訊的手段大都來(lái)源于個(gè)人計(jì)算機(jī)，因此，許多標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口的規(guī)范并不是能十分適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的，比如電壓等級(jí)，容錯(cuò)率等等。因此，通訊口出現(xiàn)問(wèn)題的概率比較的。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，如何能夠通過(guò)軟件和硬件的設(shè)計(jì)，使得通訊口對(duì)外界的適應(yīng)性增強(qiáng)，以及通過(guò)采取各種抗干擾措施，減少外界對(duì)PLC內(nèi)部的通訊部分的干擾，這是一個(gè)十分具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。另外，要提出的是，既然是通訊，必然涉及到協(xié)議的問(wèn)題，也就會(huì)牽涉到通訊的對(duì)方，比如計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、其它的PLC、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表或智能設(shè)備等等，而許多通訊的故障都是由于通訊的對(duì)象的問(wèn)題或者通訊參數(shù)設(shè)置問(wèn)題引起的，而不是PLC的真正故障，這就要考驗(yàn)在PLC的安裝和使用中，負(fù)責(zé)調(diào)試的技術(shù)人員的水平和經(jīng)驗(yàn)了。
接插件在PLC的成本中占的比重雖然不是很大，但卻是PLC在使用過(guò)程中常常出現(xiàn)故障的元件，接觸不良是最常見(jiàn)的現(xiàn)象，即便是設(shè)計(jì)得很好的PLC的接線端子，如果用戶在接線時(shí)不是很小心，也會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題。而接線端子的標(biāo)識(shí)如果不是很清晰醒目，或者接線人員心不在焉的話，還會(huì)發(fā)生接錯(cuò)線的情況，如果將強(qiáng)電接入到信號(hào)端，將立即造成PLC的損壞。
從設(shè)計(jì)的方面來(lái)說(shuō)，對(duì)PLC接線端子的設(shè)計(jì)也是很講究的，不僅要選擇接觸性能良好的端子，還要考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，考慮端子的耐用性，和安裝、調(diào)試和維修時(shí)接線端子的接插的方便性。另外，對(duì)端子的標(biāo)識(shí)往往是許多PLC制造商容易忽略的事情，如何人性化地考慮端子的標(biāo)識(shí)，更是考驗(yàn)PLC設(shè)計(jì)人員的心理知識(shí)水平。
PLC的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是外殼和底板，不僅要考慮對(duì)內(nèi)部電路板、通訊接口、端子的連接和固定，還要考慮PLC的散熱、對(duì)外界的灰塵、水汽和沖擊的防范，還要考慮振動(dòng)、甚至電磁干擾的屏蔽。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是產(chǎn)品外觀的主要表現(xiàn)，因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要了解各類電氣和機(jī)械知識(shí)，也要考慮現(xiàn)場(chǎng)用戶的使用習(xí)慣，更要具備足夠的藝術(shù)修養(yǎng)。
軟件方面，從開(kāi)發(fā)的角度來(lái)說(shuō)，要完成PLC的所有功能已經(jīng)是一項(xiàng)十分龐大的系統(tǒng)工程，而這部分的工作在整個(gè)PLC的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和編程里，其實(shí)只是所有的工作量中的很小的一部分。其余的，大部分都是要圍繞著可靠性的方面，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和編程。軟件可靠性的設(shè)計(jì)，首先要考慮PLC在正常運(yùn)行時(shí)各種可能的突發(fā)情況，要進(jìn)行容錯(cuò)設(shè)計(jì)。由于PLC是直接與各類硬件打交道的，包括CPU的地址、數(shù)據(jù)、寄存器、緩存，還有外界的輸入輸出控制，而許多硬件的受各類影響，會(huì)發(fā)生不同的變化，因此，但是內(nèi)部的容錯(cuò)處理就已經(jīng)是很大的工作量了，而這些方面的編程，并沒(méi)有一定的章法和先例可循，完全靠經(jīng)驗(yàn)。另外，對(duì)于外界的一些環(huán)境影響，如電磁干擾、溫度變化、信號(hào)錯(cuò)誤、通訊錯(cuò)誤、各類信號(hào)的超限變化等，還有人為操作的失誤，如編程錯(cuò)誤，接線錯(cuò)誤和操作失誤等；都要進(jìn)行必要的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，這些就更是要依靠經(jīng)驗(yàn)積累了。之所以PLC的品牌就那么多，而且都是老牌的公司，主要就是由于這個(gè)原因。
以上所說(shuō)的主要是底層軟件的可靠性考慮，而在PLC的編程軟件上，除了同樣考慮上述因素外，還要加上用戶的編程習(xí)慣、軟件界面的友好和優(yōu)化、與其它軟件的兼容和通訊、與各類數(shù)據(jù)庫(kù)的交換、程序結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)判斷和處理等等；更是不一而足了。
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