1. 可編程控制器的環(huán)境適應性

由于可編程控制器是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種控制器都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。

一般可編程控制器及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠地工作：

溫度          工作溫度  0-55℃，最高為60℃

                 保存溫度  -40℃- +85℃

濕度          相對濕度  5%-95%（無凝結(jié)霜）

振動和沖擊    滿足國際電工委員會標準

電源          AC200V允許變化范圍  -15%—+15%,頻率 47-53 Hz  瞬間停電保持  10 ms

環(huán)境          周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體

2. 環(huán)境條件對可編程控制器的影響

（1）溫度的影響

可編程控制器及其外部電路都是由半導體集成電路（簡稱IC）、晶體管和電阻、電容等元器件構(gòu)成的，溫度的變化將直接影響這些元器件的可靠性和壽命。

溫度高時容易產(chǎn)生下列問題：IC、晶體管等半導體器件性能惡化，故障率增加和壽命降低；電容器件等漏電流增大，故障率增大，壽命降低；模擬回路的漂移變大，精度降低等。如果溫度偏低，除模擬回路精度降低外，回路的安全系數(shù)變小，超低溫時可能引起控制系統(tǒng)的動作不正常。特別是溫度的急劇變化（高低溫沖擊）時，由于電子器件熱脹冷縮，更容易引起電子器件的惡化和溫度特性變壞。

（2）濕度的影響

在濕度大的環(huán)境中，水分容易通過模塊上IC 的金屬表面缺陷浸入內(nèi)部，引起內(nèi)部元件的惡化，印刷板可能由于高壓或高浪涌電壓而引起短路。

在極干燥的環(huán)境下，絕緣物體上可能帶靜電，特別是MOS集成電路，由于輸入阻抗高，可能由于靜電感應而損壞。

控制器不運行時，由于溫度、濕度的急驟變化可能引起結(jié)露。結(jié)露后會使絕緣電阻大大降低，由于高壓的泄漏，可使金屬表面生銹。特別是AC220V、AC110V的輸入/輸出模塊，由于絕緣的惡化可能產(chǎn)生預想不到的事故。

（3）振動和沖擊的影響

一般可編程控制器能耐的振動和沖擊頻率為10~55Hz，振幅為0.5mm，加速度為2g，沖擊為10g（g=10m/s²）。超過這個極限時，可能會引起電磁閥或斷路器誤動作，機械結(jié)構(gòu)松動，電氣部件疲勞損壞，以及連接器的接觸不良等后果。

（4）周圍空氣的影響

周圍空氣中不能混有塵埃、導電性粉末、腐蝕性氣體、水分、油份、油霧、有機溶劑和鹽分等，否則會引起下列不良反應：塵埃可引起接觸部分的接觸不良，或使濾波器的網(wǎng)眼堵住，使盤內(nèi)溫度升高；導電性粉末可引起誤動作，絕緣性能變差和短路等，油和油霧可能會引起接觸不良和腐蝕塑料；腐蝕性氣體和鹽分可能會引起印刷板的底板或引線腐蝕，造成繼電器或開關(guān)類的可動部件接觸不良。

3. 改善環(huán)境設計

由上面的介紹可知，環(huán)境條件對可編程控制器的控制系統(tǒng)可靠性影響很大，為此必須針對具體應用場合采取相應的改善環(huán)境措施。這里介紹幾種常用、可行的有效措施。

(1) 高溫對策

如果控制系統(tǒng)的周圍環(huán)境溫度超過極限溫度（60℃），必須采取下面的有效措施。

1) 盤、柜內(nèi)設置風扇或冷風機，通過濾波器把自然風引入盤、柜內(nèi)。由于風扇的壽命不那么長，故必須和濾波器一起定期檢修。注意冷風機不能結(jié)露。

2) 把控制系統(tǒng)置于有空調(diào)的控制室內(nèi)，不能直接放在日光下。

3) 控制器的安裝都應考慮通風，控制器的上下都要如圖1-4所示的那樣留有50mm的距離，I/O模塊配線時要使用導線槽，以免妨礙通風。

圖1-4  風路設計

4) 安裝時要把發(fā)熱體（如電阻器或電磁接觸器等）遠離控制器，或者把控制器安裝在發(fā)熱體的下面。

(2) 低溫對策

1) 盤、柜內(nèi)設置加熱器，冬季時這種加熱器特別有效，可使盤、柜內(nèi)溫度保持在0℃以上或者10℃左右。設置加熱器時要選擇適當?shù)臏囟葌鞲衅鳎员隳茉诟邷貢r自動切斷加熱器電源，低溫時自動接通電源。

2) 停運時，不切斷控制器和I/O模塊電源，靠其本身的發(fā)熱量使周圍溫度升高，特別是在夜間低溫時，這種措施是有效的。

3) 在溫度急驟變化的場合，不要打開盤、柜的門，以防冷空氣進入。

(3) 濕度不宜對策

1) 盤、柜設計成密封型，并放入吸濕劑。

2) 把外部干燥的空氣引入盤、柜內(nèi)。

3) 印刷板上再覆蓋一層保護層，如噴松香水等。

4) 在濕度低、干燥的場合進行檢修時，人體盡量不接觸模塊，以防感應電損壞器件。

(4) 防振和防沖擊措施

1）  如果振動源來自盤、柜之外，可對相應的盤、柜采用防振橡皮，以達到減振目的。同時亦可把盤柜設置在遠離振源的地方，或者使盤柜與振源共振。

2）  如果振動來自盤、柜內(nèi)，則要把產(chǎn)生振動和沖擊的設備從盤、柜內(nèi)移走，或單獨設置盤、柜。

3）  強固控制器或I/O模塊印刷板、連接器等可能產(chǎn)生松動的部分或器件，連接線亦要固定緊。

(5) 防周圍環(huán)境部清潔的措施

如果周圍環(huán)境空氣不清潔，可采取下面相應措施：

1） 盤、柜采用密封型結(jié)構(gòu)。

2）  盤、柜內(nèi)打入高壓清潔空氣，使外界不清潔空氣不能進入盤柜內(nèi)部

3）  印刷板表面涂一層保護層，如松香水等。

所有上述措施都不能保證絕對有效，有時根據(jù)需要可采用綜合防護措施。

使用可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)時，雖說控制器的可靠性或安全性高，然而無論使用什么樣的硬件，故障總是難免的，特別是控制器，對用戶來說它是一個黑箱子，一旦出現(xiàn)故障，用戶一點辦法都沒有。因此，在控制系統(tǒng)設計時必須充分考慮可靠性和安全性。

1. 環(huán)境條件富余

改善環(huán)境條件設計的目的在于使用控制器工作在合適的環(huán)境中，且使環(huán)境條件有一定富余量。如溫度，雖然控制器能在60℃高溫下工作，但為了保證可靠性，環(huán)境溫度最好控制在40℃以下，即留有三分之一以上的富余量，其他環(huán)境條件也是如此，最好留有三分之一以上的富余量。

2. 控制器的并行運行

用兩臺控制內(nèi)容完全相同的控制器，輸入/輸出也分別連接到兩臺控制器，當某一臺控制器出現(xiàn)故障時，可切換到另一臺控制器繼續(xù)運行。

圖1-5所示是具體實現(xiàn)方法。圖示是外部硬接線，所有輸入/輸出都與兩臺控制器連接，當某一臺控制器出現(xiàn)故障時，由主控制器或人為切換到另一臺控制器，使其繼續(xù)執(zhí)行控制任務。當1號機的I0.0閉合，1號機執(zhí)行控制任務，當2號機的I0.0閉合時，由2號機執(zhí)行控制任務。

圖1-5  控制器并列運行

控制器并列運行方案僅適用于小規(guī)模的控制系統(tǒng)，輸入/輸出點數(shù)比較少，布線容易。對大規(guī)模的控制系統(tǒng)，由于I/O點數(shù)多，電纜配線變得復雜，同時控制系統(tǒng)成本相應增加（幾乎是成倍增加），這就限制了它的應用。

3. 雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)

雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)僅限于控制器的冗余，I/O通道僅能做到同軸電纜的冗余，不可能把所有I/O點都冗余，只有在那些不惜成本的場合才考慮全部系統(tǒng)冗余。

4. 與繼電器控制盤并用

在老系統(tǒng)改造的場合，原有的繼電器控制盤最好不要拆掉，應保留其原來的功能，以便作為控制系統(tǒng)的后備手段使用。對于新建項目，最好不要采用此方案。因為小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中的控制器造價可做到和繼電器控制盤相當，因此以采用控制器并列運行方案為好。對于中大規(guī)模的控制系統(tǒng)，由于繼電器控制盤比較復雜，較費電纜線和工時，還不如采用控制器可靠，這時采用雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)方案為好。

5. 手動運行

如圖1-6所示，將手操開關(guān)與輸出信號線連接，當控制器出現(xiàn)故障時，由手操開關(guān)直接驅(qū)動負荷，仍能使系統(tǒng)運行。

圖1-6  手動運行

手操運行不能作為控制系統(tǒng)的主要運行方式，只能在設備調(diào)試時用，或作為臨時后備用。這是因為手操運行時沒有系統(tǒng)聯(lián)鎖信號，不符合系統(tǒng)安全運行規(guī)程。

供電系統(tǒng)的設計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設計供電系統(tǒng)時應考慮下列因素：

(1) 輸入電源電壓允許在一定得范圍內(nèi)變化。

(2) 當輸入交流電斷電時，應不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)。

(3) 在控制系統(tǒng)部允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余。

(4) 當外部設備電源斷電時，應不影響控制器的供電。

(5) 要考慮電源系統(tǒng)的抗干擾措施。

為此，本書給出下面幾種實用供電系統(tǒng)設計方案，經(jīng)實踐證明這幾種方案對提高控制系統(tǒng)的可靠性是有效地。

1. 使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)

圖1-7所示是使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)，控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主回路電源分開。這樣當輸入/輸出供電斷電時不會影響控制器的供電。

圖1-7  使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)

2. 使用UPS供電系統(tǒng)

不間斷電源UPS（uninterrupted power supply）是用電設備的保護神，平時處于充電狀態(tài)，當輸入交流電（220V）失電時，UPS能自動切換到輸出狀態(tài)，繼續(xù)向用電設備供電。

圖1-8所示是使用UPS的供電系統(tǒng)，根據(jù)UPS的容量，在交流電失電后可繼續(xù)向控制器供電10-30min。因此對于非長時間停電的系統(tǒng)，其效果是顯著的。

圖1-8  使用UPS的供電系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的調(diào)試可分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個過程。在調(diào)試之前首先要仔細檢查系統(tǒng)的接線，這是最基本也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。

1. 軟件模擬調(diào)試

軟件在設計完成之后，可以首先使用PLCSIM進行仿真調(diào)試。該軟件操作方法簡單，靈活性高，使用方便。圖1-9為PLCSIM仿真軟件調(diào)試的界面圖。

圖1-9  PLCSIM仿真軟件界面圖

2. 硬件模擬調(diào)試

用PLC硬件來調(diào)試程序時，用接在輸入端的小開關(guān)或按鈕來模擬PLC實際的輸入信號，例如用它們發(fā)出操作指令，或在適當?shù)臅r候用它們來模擬實際的反饋信號，例如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。通過輸出模塊上各輸出點對應的發(fā)光二極管，觀察輸出信號是否滿足設計的要求。

可用事先編寫好的試驗程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。不過為了安全考慮，最好將主電路斷開，當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試程序下載到PLC進行調(diào)試，直到各部分的功能正常，并協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。

完成上述工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬件接線等方面的問題，以及程序設計中的問題，應對出現(xiàn)的這些問題，要及時加以解決。

現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何的系統(tǒng)設計很難說不經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)試就能正常使用。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序中不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序中存在的問題。

在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)問題，應及時與工藝人員溝通，確定其問題所在，及時對相應硬件和軟件部分進行調(diào)整。全部調(diào)試后，經(jīng)過一段時間試運行，才能確認程序正確可靠，才能正式投入正常使用。