產(chǎn)品的可靠性,其實是體現(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)境來入手分析。
從plc內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來說,可以分為軟件和硬件兩個大的部分,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、接插件和機械結(jié)構(gòu)等幾個部分。
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、元器件的選擇、和生產(chǎn)工藝有關(guān)。而硬件設(shè)計與元器件的選擇主要取決于研發(fā)的水平和經(jīng)驗,而且,經(jīng)過幾代產(chǎn)品的應(yīng)用,可以發(fā)現(xiàn)其中存在的問題,對于有一定歷史和應(yīng)用規(guī)模的制造商來說,在這方面可以控制得比較好。而生產(chǎn)工藝方面,對于有自己的生產(chǎn)線的廠家可以通過多次的生產(chǎn)來分析自己生產(chǎn)線的特點,尤其是生產(chǎn)過程的不足,因此,通常即便每個產(chǎn)品前兩批產(chǎn)品有問題,也可以通過對故障進行診斷,來改善和改進生產(chǎn)線,因此,在這方面的問題不會太多。
而對于電源部分來說,因為plc的電源除了給plc本身供電外,有時還要給外部的儀表供電,另外,plc本身因為所帶的i/o模塊(或者擴展i/o模塊)的數(shù)量變化,因此,負載的變化比較大。而從設(shè)計方面來說,只能按照最大的考慮,但電源因為是功率器件,很容易發(fā)熱,功率器件的溫升進一步又會影響周邊其它器件的性能,尤其是當過流或者過壓的情況存在時,還會出現(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,電源模塊是一個比較容易出現(xiàn)故障的部分。通常,解決的問題,除了選取質(zhì)量好的器件外,還要從設(shè)計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,但實際上做了50a的容量,就基本上可以消除這方面的問題。
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)場總線的網(wǎng)口。由于這些通訊的手段大都來源于個人計算機,因此,許多標準的通訊接口的規(guī)范并不是能十分適合工業(yè)現(xiàn)場的,比如電壓等級,容錯率等等。因此,通訊口出現(xiàn)問題的概率比較的。從產(chǎn)品設(shè)計的角度來說,如何能夠通過軟件和硬件的設(shè)計,使得通訊口對外界的適應(yīng)性增強,以及通過采取各種抗干擾措施,減少外界對plc內(nèi)部的通訊部分的干擾,這是一個十分具有挑戰(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)議的問題,也就會牽涉到通訊的對方,比如計算機、人機界面、其它的plc、變頻器、現(xiàn)場智能儀表或智能設(shè)備等等,而許多通訊的故障都是由于通訊的對象的問題或者通訊參數(shù)設(shè)置問題引起的,而不是plc的真正故障,這就要考驗在plc的安裝和使用中,負責調(diào)試的技術(shù)人員的水平和經(jīng)驗了。
接插件在plc的成本中占的比重雖然不是很大,但卻是plc在使用過程中常常出現(xiàn)故障的元件,接觸不良是最常見的現(xiàn)象,即便是設(shè)計得很好的plc的接線端子,如果用戶在接線時不是很小心,也會出現(xiàn)接觸不良的問題。而接線端子的標識如果不是很清晰醒目,或者接線人員心不在焉的話,還會發(fā)生接錯線的情況,如果將強電接入到信號端,將立即造成plc的損壞。
從設(shè)計的方面來說,對plc接線端子的設(shè)計也是很講究的,不僅要選擇接觸性能良好的端子,還要考慮工業(yè)現(xiàn)場的使用情況,考慮端子的耐用性,和安裝、調(diào)試和維修時接線端子的接插的方便性。另外,對端子的標識往往是許多plc制造商容易忽略的事情,如何人性化地考慮端子的標識,更是考驗plc設(shè)計人員的心理知識水平。
plc的機械結(jié)構(gòu)主要是外殼和底板,不僅要考慮對內(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、對外界的灰塵、水汽和沖擊的防范,還要考慮振動、甚至電磁干擾的屏蔽。另外,結(jié)構(gòu)設(shè)計更是產(chǎn)品外觀的主要表現(xiàn),因此,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅需要了解各類電氣和機械知識,也要考慮現(xiàn)場用戶的使用習(xí)慣,更要具備足夠的藝術(shù)修養(yǎng)。
軟件方面,從開發(fā)的角度來說,要完成plc的所有功能已經(jīng)是一項十分龐大的系統(tǒng)工程,而這部分的工作在整個plc的系統(tǒng)軟件設(shè)計和編程里,其實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,進行軟件設(shè)計和編程。軟件可靠性的設(shè)計,首先要考慮plc在正常運行時各種可能的突發(fā)情況,要進行容錯設(shè)計。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,會發(fā)生不同的變化,因此,但是內(nèi)部的容錯處理就已經(jīng)是很大的工作量了,而這些方面的編程,并沒有一定的章法和先例可循,完全靠經(jīng)驗。另外,對于外界的一些環(huán)境影響,如電磁干擾、溫度變化、信號錯誤、通訊錯誤、各類信號的超限變化等,還有人為操作的失誤,如編程錯誤,接線錯誤和操作失誤等;都要進行必要的容錯設(shè)計,這些就更是要依靠經(jīng)驗積累了。之所以plc的品牌就那么多,而且都是老牌的公司,主要就是由于這個原因。
以上所說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)庫的交換、程序結(jié)構(gòu)的容錯判斷和處理等等;更是不一而足了。