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安全PLC系统的结构和性能有哪些

安全系统由检测单元(现场仪表)、控制单元(逻辑单元)、执行单元(现场执行器)三部分组成，其中控制单元是安全防护系统的核心部分。安全PLC系统一般采用模块化结构，通过专门设计的PLC硬件和软件来实现安全逻辑功能，其编程能力灵活强大，系统具有内部自测试和自诊断功能，可与工厂自动化网络集成为一体，从而构成综合安全控制管理系统。目前，安全PLC技术不断进步和完善，系统组态更加灵活。用户在选择不同的安全系统结构时，还应该对它们的可靠性、可维护性、可用性及经济性指标进行综合比较。

  (1)安全PLC系统的双冗余结构

  安全PLC系统的双冗余结构是两个安全PLC执行同样的程序，当两个处理器出现不一致时输出失电，即一个处理器出现故障时，使系统回到安全状态。这种结构的优点是可靠性较没有冗余的结构提高，但缺点是误跳闸率较高，可用性下降。

  (2)安全PLC系统的2/3表决结构

  安全PLC系统的2/3表决结构是指系统硬件采用模块化三重冗余配置，即系统中关键电路都

  实行了三重冗余，且各通道相互独立，但又完成同一功能。三重配置的冗余处理器系统中如果任何一个处理器出现故障，择多表决器会自动地摒弃故障电路输出，系统继续向过程输出由择多表决器表决出的值。系统自动检测出发生故障的模块，记上标志并使之与系统隔离。当系统中一个电路模块故障时，系统将依靠剩下两个电路模块继续运行，直到用新模块在线替换故障模块，使系统恢复正常工作。若在更换前又有一个电路故障，则系统安全停车。这种安全控制系统采用主动扫描、诊断I/O模块、设置控制器的“看门狗”回路等措施来确保系统故障时立刻回到安全状态。这种结构与双冗余结构比较具有较高的可用性，但造价提高。

  (3)安全PLC系统的自诊断测试结构

  安全PLC系统的自诊断测试结构可根据安全性要求采用单配置或冗余配置，借助于安全性诊断技术来保证系统的安全性。系统对每一个与安全性有关的部件(CPU模块、I/O模块、总线模块等)均进行测试，测试工作一部分(如处理器、接口电路等)是由软件来实现，另一部分(如看门狗定时器、存储比较器等)是借助于硬件测试电路来完成。全面的诊断测试和周全的安全处理措施贯穿于安全PLC的整个设计中。对于显性故障(如系统断电等)，由于故障使检测数据产生变化，系统可据此立即产生矫正动作，进入安全状态。可见，显性故障不影响系统的安全性，仅影响系统的可用性。对于隐性故障(如输出放大器短路)，它可以通过自动测试程序检测出来，但它不会使输出失电，故被划为危险故障，它影响系统的安全性但不影响可用性。在一个多通道系统中，每个故障均可通过对系统数据连续性比较而被检测到。隐性故障的检测和处理是安全系统的重要管理内容。安全PLC的设计和制造目标就是使系统具有零隐性故障，杜绝影响可用性的显性故障。

  自诊断测试结构的安全PLC系统的硬件、软件配置方案多样，但优良的安全PLC系统应该具有如下的性能

  1)能够对离散的和连续的过程变量进行实时监控。2)关键元件实现了三重冗余化结构设计。

  3)不仅能够对内部电路进行故障检测，还可对外部输入及输出回路的短路、断路状态进行检测与诊断。

  4)出现故障时系统能够持续正常运行，故障模块可在线更换。

  5)编程简便，功能齐全，具备监控、显示、打印、通信、报警、历史数据存储等功能，易于集中监控和管理。

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PLC顺序控制设计法与顺序功能图分别是什么

顺序控制设计法

  用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆，联锁和互领等功能，由于嵩要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏些应该考虑的问题，修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身"，对系统的其他部分产生意想不到的影响，梯形图的修改也很麻烦，往往花了很长的时间还得不到一个消意的结果。用经验法设计出的梯形制往往很难阅读，给系统的维修和改进带来了很大的困难。

  所置原序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输人信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。使用顺序控制设计法时根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，根据顺序功能图画出梯形图，有的可编程序控制器为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试修改和阅读也很方便。某厂有经验的电气工程师用经验设计法设计某控制系统的梯形图，花了两周的时间，同一系统改用顺序控制设计法，只用了不到半天的时间，就完成了梯形图的设计和模拟调试，现场试车一次成功。

  顺序控制设计法*基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(Step)，并用编程元件(例如位存储器M和顺序控制维电器S)来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的0N/OFF状态不变，相邻两步输出量的状态是不同的(见图411)。步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。

  图411步的划分

  使系统由当前步进人下一步的信号称为转换条件，转换条件可以是外部的输人信号，如按钮、指令开关、限位开关的技迎/断开等;也可以是可编程序拉生器内部产生的信母，如定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。

  顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，用代表各步的编程元件去控制可编程序控制器的各输出位。

  顺序功能图的由来

  顺序功能图(Sequential FunctionCharl)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。

  顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。

  在法国的TE(Telemecanique)公司研制的Grafcel的基础上，1978年法国公布了用于工业过程文件编制的法国标准Afcet，第二年公布了功能图(FunetinChart)的国家标准Grafcet，它提供了所谓的步(Step)和转换(Transition)这两种简单的结构，这样可以将系统划分为简单的单元，并定义出这些单元之问的顺序关系。

  1994年5月公布的IFC可编程序控制器标准(IEC1131)中，顺序功能图被确定为可编程序控制器位居首位的编程语言。我国也在1986年颁布了顺序功能图的国家标准GB6988.6-1986。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作(或命令)组成。

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