PLC的時序和調(diào)試工具

在分析繼電器控制邏輯或者模擬電路時，只需要考慮信號之間的相互關(guān)系，很少考慮先后順序，因為在這些系統(tǒng)里，信號是以光速傳播的，結(jié)果會立即生效，將結(jié)果反饋給前端進(jìn)行輸入，沒有延遲。

但是，對于PLC來說，它的核心是一個CPU。和所有的計算機一樣，程序指令的執(zhí)行是有先后順序的，并且是一遍一遍循環(huán)掃描的。在一次掃描的過程中，后續(xù)的結(jié)果不能立即被前面的程序所使用的，必須等到下一次掃描，才能有效。因此，編制PLC程序時，尤其是復(fù)雜邏輯時，必須有清晰的時序概念（時序，就是按照時間先后順序的意思）。學(xué)習(xí)PLC時，時序是一塊重要內(nèi)容。

舉個排水泵自動控制的例子（僅給出自動相關(guān)的I/O點），其工作原理：輸入有低液位和高液位兩個開關(guān)信號（都用浮子開關(guān)檢測，浮子抬起時，信號為高電平，低頭時，信號為低電平），輸出為泵啟動的信號。PLC里梯形圖只用一段簡單程序就可以實現(xiàn)高液位啟動，低液位停止的功能，其邏輯和工作時序，如圖1所示。

圖1 水泵邏輯及工作時序圖

對于PLC的調(diào)試，首先要用PLC編程軟件。這些編程軟件都能夠監(jiān)控各個變量、程序圖的狀態(tài)，這是基本功能，否則是不能進(jìn)行調(diào)試的。對于大部分慢的、簡單的邏輯，編程軟件的基本功能就足夠完成調(diào)試任務(wù)。

但是，如果邏輯比較復(fù)雜，跨很多頁面，或者信號變化很快，單靠肉眼觀察實時狀態(tài)，并進(jìn)行邏輯思考，是非常困難的。編程軟件大部分會提供變量監(jiān)控表，將需要關(guān)心的變量都放進(jìn)去，點擊監(jiān)控，即可實時刷新狀態(tài)，這可以一定程度解決大量變量監(jiān)控的問題。但是，對于復(fù)雜邏輯或者變化速度較快的程序，就需要借助時序圖的工具，將變化過程記錄下來，在事后慢慢分析。

還說上面水泵控制的簡單例子，如果遇到一個現(xiàn)象，水泵啟動后，偶爾會在到達(dá)低液位前停止，什么原因呢？可能是低液位信號抖動，也可能是輸出的接線松動等，這時候如果能得到當(dāng)時的時序圖，就很容易判斷了。如果時序圖如圖2所示，我們就可以判斷是低液位信號不可靠導(dǎo)致，去檢查低液位信號的接線或者浮子開關(guān)即可。如果時序圖如圖3所示，則需要檢查控制命令的輸出接線和電機主回路。

圖2 水泵控制時序圖1

圖3 水泵控制時序圖2

可惜，大部分的編程軟件是不提供時序圖功能的。還好，現(xiàn)在有一些第三方的錄波軟件，可以實現(xiàn)時序錄波功能。第三方通用錄波軟件是指那些非PLC廠家開發(fā)的，能對多種PLC進(jìn)行連續(xù)錄波的軟件（有些只能對單一PLC進(jìn)行錄波），比較常見的是PLC-ANALYZER、IBA。這兩個軟件都是國外的軟件，價格昂貴，無免費使用部分。一般PLC工程師無法承受。國內(nèi)也出現(xiàn)了一些與IBA類似的錄波軟件，比如京城瑞達(dá)的錄波軟件，價格也較高，且只隨項目銷售。國內(nèi)新出現(xiàn)的PLC-Recorder錄波軟件，與PLC-ANALYZER風(fēng)格、性能類似（主界面見圖4），但是價格極其低廉，且其80%的功能都可以長期免費使用。

圖4 國內(nèi)某錄波軟件的主界面

除了程序調(diào)試和故障排查，錄波軟件還能用于記錄用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)分析，比如：記錄電機的電流曲線，可以用于觀察啟動過程是否正常。記錄流量、壓力等工藝參數(shù)，查看生產(chǎn)是否穩(wěn)定、傳感器是否正常、閉環(huán)控制器性能是否合適等等。記錄的數(shù)據(jù)如果和生產(chǎn)節(jié)奏等有關(guān)，則可以導(dǎo)出后，用于生產(chǎn)效率、控制過程等分析。

總的來說，PLC工程師一定要有時序概念，并掌握錄波和分析波形的工具。由于波形里包含著大量信息，因此，利用錄波軟件進(jìn)行編程調(diào)試可以起到事半功倍的效果。