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自動化行業工程師工作指南

來源:中國工控網 發布時間: 2013-01-24 21:47:34 次瀏覽

在我從事自動化的職業生涯近二十年的時間裏,我發現現場調試的工程師的能力和工作水平的高低,對於一個項目的成敗是最關鍵的因素。但許多工程師在趕赴現場執行任務前,缺乏必要的心理準備和技術準備,因此,到現場後根本無法發揮自己的能力。因此,在這裏把自己的一些體會寫出來,希望能夠對所有的技術工程師有一些啟發。

一、出發前的準備

從事PLC的技術支持的人,如果是要到現場開始進行係統調試,無論是對OEM客戶,還是對一個過程控製的係統集成,都要在事先做好一些準備工作。就像一個“驢友”出行前,要更換自己的服裝尤其是鞋子,帶好水、食品,還要準備在野外的一些防身用品,如果是過夜的話,還要有帳篷、手電筒等一樣,作為一個職業的PLC技術支持工程師,也有不少的東西是要準備的。

首先要安排自己的行程計劃和衣食住行。

如果是需要住宿的話,那麽如何定機票、酒店(旅館、招待所),這裏就不多說了。如果時間很長(如超過一個月),為了省錢,就要考慮在當地租房子了,尤其是出發的是一個小組,而不是一個人的時候。衣食住行,這些問題與普通的旅行是一樣的,雖然這些問題對你完成任務的影響力並不亞於你的專業水平。想象一下,你到了現場,因為食物中毒導致一個星期拉痢疾的情況會對工作造成什麽樣的影響,就知道該準備那些東西了。通常,有經驗的自動化公司的行政部門會為工程師考慮好這些情況,但是,作為工程師自己一定要進行確認,看看是否所有的事情都已經安排好了。

安頓好了衣食住行的後,要準備自己的工具。作為PLC的現場調試工程師,並不需要很多的調試工具。但是,一個螺絲刀、一台萬用表,還是必備的。另外,如果要與現場的儀表傳感器進行係統聯調的時候,還要有一台信號發生器來模擬現場儀表的信號,以確定當發生問題時,現場的信號是完好的。還有,一台結實的手提電腦,是你編程和調試的必需的工具。雖然這些工具你可以要求用戶準備好,但是,作為一個職業的PLC工程師,如果連這幾樣工具都沒有,會被用戶懷疑你的職業水平的。其它的一些儀器儀表,如果需要的話,你可以向公司或者客戶提出來,讓他們提前準備,比如,示波器、穩壓電源等等。畢竟這些不那麽通用的儀器,通常是不可能隨身攜帶或備用的。

有一些常被忽視的小東西,你準備了之後一定有用的。如,電氣膠帶、熱縮套管、打火機(你吸煙的話自然會有,沒有別人也會有),束線帶、還有,如果現場接線已經完成了,要準備好一些與信號線相同的電纜,和一些固定基座的螺絲。你可能懷疑要這些做什麽用,相信我,帶上這些,雖然有些隻值幾分錢,但到了現場後,可能會節約你一天甚至幾天的時間,尤其是你去的地方是在一個偏遠的山區的時候。雖然在發貨的時候廠家都有螺絲釘,但是到了現場什麽都有可能發生,如果螺絲釘不夠(而這是每次都必然發生的),會引起許多問題。

除了以上的東西,就是這次調試所要帶的備品備件了。雖然現場的貨物清單可能會已經考慮了備品備件的問題,但為了應付萬一的情況,有些備件你最好還是自己要隨身攜帶。首先是PLC的基板(有的成為機架)、電源、CPU模塊,因為這些是一台PLC能夠工作的基礎,如果現場隻有一套係統,那麽這些模塊就隻有一個,假如沒有備分的話,一旦出現故障,你的所有的工作都必須停下來。因此最好帶上一套。

其它的I/O模塊和通訊模塊,如果現場隻有一個的,你都要考慮在多帶一個。對於那些現場已經有兩塊以上的模塊,你就不用考慮自己帶了。

二、設計交底工作

如果係統設計不是你自己做的,那麽在出發前,就要與係統的設計人員進行充分的溝通,對於不清楚和不明白的地方,一定要弄清楚,確保自己清晰地理解了要完成的工作目標,和設計者的意圖。不要輕易否定設計者的方案,也不要輕易地說別人那裏設計得不行。

但是,因為你是從事現場的工程師,因此,也不必過於迷信設計者。你可以提出自己的建議。比如,PLC的機架和CPU模塊和I/O模塊的搭配原則,可能有時候,設計師不知道你所用的PLC的機架有4槽、6槽和8槽,甚至12槽的,因此,也許全部都選了8槽的,而導致了幾個槽的空缺,你可以建議它修改為4槽或6槽的。

方案設計中,最容易出問題的地方是通訊,現場調試最麻煩的地方也是通訊,所以對於通訊的部分,你必須清晰了解係統的框架結構,並且對需要進行通訊的東西在出發前就要全部進行一遍調試,而且要確認其中的所有需要通訊的模塊是可以通訊的。比如,操作台電腦、觸摸屏、PLC、變頻器、其它的PLC、一些智能儀表和儀器,如果這些東西需要通訊的話,你必須要確認它們相互之間是可以通訊的,如果你不確認的話,就要與廠家聯絡,並親自再試一次。如果PLC的節點數較多,要考慮距離和廠家CPU的限製。

如果係統較大,遠程單元、本地機架數量、每個機架的模塊數量的限製,並非出於係統功能和技術上的限製,而是由於使用規範性的限製。在係統硬件組態時,要考慮這些模塊的搭配作用。

對於電源模塊的配置,一個資深的工程師應該能夠做出比較合理的搭配。例如,電源模塊通常有5A和10A的分別,如果模塊較少,可以選用功率小的電源模塊,如果模塊較多,則應該選用大功率的電源模塊。而一般,如果現場儀表需要PLC也供應24V直流電源而不是采用外部電源供電(如RTU)的情景,通常CPU所在的機架上選用大功率的電源比較合理。

此外,在I/O模塊的安裝時,根據不同的係統,通常同型號的模塊放置在一起。但是,如果對於輸出模塊與輸入模塊形成回路的,則可以將一個回路的參量所涉及的模塊放置在一個機架上(或一個CPU所控製的機架上)比較合理。有的設計師在設計的時候不會考慮這一點,你可以調整過來。

在選型的時候,因為各種PLC都有大型、中型、小型的分別,這些分別主要是由CPU模塊的性能不同造成的。在實際上,並非一定大型的功能就是合適的。除了價格方麵的考量之外,主要是,如果控製點數不多,小型的CPU模塊完全可以勝任,則小型的CPU反而比大型的CPU模塊工作還要可靠一些。因為,小型的CPU所涉及的資源少,而大型CPU的資源多,在程序執行中,為處理那些程序不需用到的資源時,也要分配時間去處理,這樣不僅造成資源的浪費,可能在程序處理上不及小型CPU可以更單純和穩定地工作。

在設計交底的過程中要指出的是,對於設計中的任何變更,你隻能提建議,而不是擅自做修改。因

為,你的職責是按照設計施工,而不是設計,因此,對於任何你發現的不合理的東西,你可以提出意見,但必須要等到設計變更確認書下到你手裏後,你才能按照變

更後的設計工作,盡管這個變更可能是你的意見。還有,即使最初的設計也是你做的,你在變更後,也要通知客戶,並取得客戶的書麵同意。

三、裝機步驟

到了現場後,進行係統安裝前,需要考慮安裝環境是否滿足PLC的使用環境要求,這一點可以參考各類產品的使用手冊。但無論什麽PLC,不都能裝設在下列場所:含有腐蝕性氣體之場所,陽光直接照射到的地方,溫度上下值在短時間內變化急遽的地方,油、水、化學物質容易侵入的地方,有大量灰塵的地方,振動大且會造成安裝件移位的地方。

如果必須要在上麵的環境使用,則要為PLC製作合適的控製箱,采用規範和必要的防護措施。如果需要在野外極低溫度下使用,可以使用有加熱功能的控製箱。如何做這些防護箱或控製箱,各製造商和和資格的係統集成商將會為客戶提供相應的供應和設計。

在使用控製箱時,在控製箱內OpenPLC安裝的位置要注意如下事項:控製箱內空氣流通是否順暢(各裝置間須保持適當的距離),變壓器、馬達控製器、變頻器等是否與PLC保持適當距離,動力線與信號控製線是否分離配置,組件裝設之位置是否利於日後之檢修,是否需預留空間,供日後係統擴充使用。

除了上述注意事項之外,還有其它注意事項要留意。

首先比較重要的是靜電的隔離。靜電是無形的殺手,但可能因為不會對人造成生命危險,所以許多人常常忽視它。在中國的北方、幹燥的場所,人體身上的靜電都是造成靜電損壞電子組件的因素。雖然你被靜電打到的話,隻不過是輕微的酥麻,但這對PLC和其它任何電子器件就足以致命了。

要避免靜電的衝擊有下列三種方式:在進行維修或更換組件時,請先碰觸接地的金屬,以去除身上的靜電;不要碰觸電路板上的接頭或是IC接腳;電子組件不使用時,請用有隔離靜電的包裝物,將組件放置在裏麵。想象PLC裏的元器件是一個嬌嫩的嬰兒,而那些靜電會導致這個嬰兒死亡,你就會更容易以正確的態度對待這個問題了。

基座安裝(RACK)時,

在決定控製箱內各種控製組件及線槽位置後,要依照圖紙所示尺寸,標定孔位,鑽孔後將固定螺絲旋緊到基座牢固為止。在裝上電源供應模塊前,必須同時注意電源線上的接地端有無與金屬機殼連結,若無則須接上。接地不好的話,會導致一係列的問題,靜電、浪湧、外幹擾,等等。由於不接地,往往PLC也能夠工作,因此,不少經驗不足的工程師就誤以為接地不那麽重要了。這就像登山的時候,沒有係上保護纜繩一樣,雖然你正常前進的時候,保護纜繩沒有任何作用,但一旦你失足的時候,沒有那根繩子,你的生命就完結了。PLC的接地,就相當於給PLC係上保護纜繩。

在I/O模塊安裝時,須注意如下事項:I/O模塊插入機架上的槽位前,要先確認模塊是否為自己所預先設計的模塊;I/O模塊在插入機架上的導槽時,務必插到底,以確保各接觸點是緊密結合的;模塊固定螺絲務必鎖緊;接線端子排插入後,其上下螺絲必須旋緊。由於現場的變壓器、電機等影響,多少會有振動,如果這些螺絲釘鬆動了,會導致模塊從機架中鬆開。

四、硬件模塊的組態和確認

對於各種PLC的現場硬件組態和軟件調試,通常有經驗的工程師應該先花一些時間對自己的現場工作進行一個簡單的規劃,通常應當采取如下的步驟:

(1) 係統的規劃

首先,必須深入了解係統所需求的功能,並調查可能的控製方法,同時與用戶或設計院共同探討最佳之操作程序,根據所歸納之結論來擬定係統規劃,決定所采行的PLC係統架構、所需之I/O點數與I/O模塊型式。

(2) I/O模塊選擇與地址設定

當I/O模塊選妥後,依據所規劃之I/O點使用情形,由PLC的CPU係統自動設定I/O地址,或由使用者自定I/O模塊的地址。

(3) 梯形圖程序的編寫與係統配線

在確定好實際的I/O地址之後,依據係統需求的功能,開始著手梯形圖程序的編寫。同時,I/O之地址已設定妥當,故係統之配線亦可著手進行。

(4) 梯形圖程序的仿真與修改

在梯形圖程序撰寫完成後,將程序寫入PLC,便可先行在PC與OpenPLC係統做在線連接,以執行在線仿真作業。倘若程序執行功能有誤,則必須進行除錯,並修改梯形圖程序。

(5) 係統試車與實際運轉

在線上程序仿真作業下,若梯形圖程序執行功能正確無誤,且係統配線亦完成後,便可使係統納入實際運轉,項目計劃亦告完成。

(6)程序注釋和歸檔

為確保日後維修的便利,要將試車無誤可供實際運轉的梯形圖程序做批注,並加以整理歸檔,方能縮短日後維修與查閱程序之時間。這是職業工程師的良好習慣,無論對今後自己進行維護,或者移交用戶,這都會帶來極大的便利,而且是你的職業水準的一個體現。

以上工作中,複雜的係統規劃可能需要幾天甚至更長的時間,但一個簡單的係統規劃在一個具有良好的職業習慣的編程工程師手中,可能隻需要幾個小時。

這裏要強調一個問題,是十分簡單但卻幾乎每個項目都會發生的,那就是對PLC的接線。這往往是經驗不足的工程師常常忽略的一個問題。其實,現場調試大部分的問題和工作量都是在接線方麵。有經驗的工程師首先應當檢查現場的接線。通常,如果現場接線是由用戶或者其它的施工人員完成的,則通過看其接線圖和接線的外觀,就可以對接線的質量有個大致的判斷。然後要對所有的接線進行一次完整而認真的檢查。現場由於接線錯誤而導致PLC被燒壞的情況屢次發生,在進行真正的調試之前,一定要認真地檢查。即便接線不是你的工作,檢查接線也是你的義務和責任,而且,可以省去你後麵大量的時間。

五、通訊的設置

現在的PLC大多數需要與人機界麵進行連接,而下麵也常常有變頻器需要進行通訊,而在需要多個CPU模塊的係統中,可能不同的CPU所接的I/O模塊的參量有需要協同處理的地方,或者,即使不需要協同控製,可能也要送到某一個中央控製室進行集中顯示或保存數據。即便隻有一個CPU模塊,如果有遠程單元的話,就牽涉到本地CPU模塊與遠程單元模塊的通訊。此外,即使隻有本地單元,CPU模塊也需要通過通訊口與編程器進行通訊。因此,PLC的通訊是十分重要的。而且,由於涉及到不同廠家的產品,通訊往往是令人頭痛的問題。

PLC的通訊有RS232、RS485、以太網等幾種方式。通訊協議有MODBUS、PROFIBUS、LONWORKS、DEVICENET等等,通常以MODBUS協議使用得最為廣泛,而其它的協議則與產品的品牌有關。今後,應該是工業以太網協議會越來越普遍。

PLC與編程器或手提電腦的通訊大部分采用RS232協議的串口通訊。用戶在進行程序下載和診斷時都是這種方式,但是,這種通訊的方式絕不僅限於此。在大量的機械設備控製係統中,PLC都是采用這種方式與人機界麵進行通訊的。人機界麵通常也是采用串口,協議則以MODBUS為主,或者是專門的通訊協議。而界麵方麵則由HMI的廠家提供軟件來進行設計。

現在的PANEL PC也有采用這種方式來進行通訊的,在PANELPC上運行一些組態軟件,通過串口來存取OpenPLC的數據,由於PANELPC的逐漸輕型化和價格的下降,這種方式也越來越多地被使用。

在需要對多台PLC進行聯網的時候,如果PLC的數量不是很多(15個節點以內)、數據傳輸量不大的係統,常采用的方式是通過RS485所組成的一個簡單串行通訊口連接的通訊網絡。由於這種通訊方式編程簡單,程序運行可靠,結構也比較合理,因此很受離散製造行業的工廠工程師的歡迎。在總的I/O點數不超過上10000個,開關量I/O點占80%以上的係統,都可以采用這種通訊方式能夠穩定而可靠地運行。

如果對通訊速度要求較高的場合,可以采用點到點的以太網通訊方式。使用控製器的點到點通訊指令,通過標準的以太網口,用戶可以在控製器之間或者擴展控製器的存儲器之間進行數據交換。這PLC較為廣泛使用的一種多CPU模塊的通訊方式,與串口的RS485所構成的點對點網絡相比,由於以太網的速度大大加快,加上同樣具有連接簡單,編程方便的優勢,更方便的是,與上位機可以直接通過以太網進行通訊,因此很受用戶的歡迎。甚至,在一些單台PLC和一台PANELPC構成的人機界麵的係統中,由於PANELPC中通常有內置的以太網口,也有用戶采用這種通訊方式。目前,OpenPLC對一些SCADA係統和連續流程行業的遠程監控係統和控製係統,基本上采用這樣的方式。

還有一種分布式網絡在大型PLC係統中是最為廣泛考慮的結構。通過使用人機界麵(HMI)和DDE服務器均可獲得對象控製器的數據,同時可以通過Internet遠程獲得該控製器的數據。各個CPU獨立運行,通過以太網結構采用C/S方式進行數據的存取。數據的采集和控製功能的實現都在OpenPLC的CPU模塊中實現,而數據的保存則在上位機的服務器中完成。數據的顯示和打印等則通過HMI界麵和組態軟件來實現。

六、軟件調試

PLC的內部固化了一套係統軟件,使得你開始能夠進行初始化工作和對硬件的組態。PLC的啟動設置、看門狗、中斷設置、通訊設置、I/O模塊地址識別都是在PLC的係統軟件中進行的。

每種PLC都有各自的編程軟件作為應用程序的編程工具,常用的編程語言是梯形圖語言,也有ST、IL和其它的語言。如何使用編程語言進行編程,這裏就不細述了。

但是,用一種編程語言編出十分優化的程序,則是工程師編程水平的體現。每一種PLC的編程語言都有自己的特色,指令的設計與編排思路都不一樣。如果對一種PLC的指令十分熟悉,就可以編出十分簡潔、優美、流暢的程序。例如,對於同樣的一款PLC的同樣一個程序的設計,如果編程工程師對指令不熟悉,編程技巧也差的話,需要1000條語句;但一個編程技巧高超的工程師,可能隻需要200條語句就可以實現同樣的功能。程序的簡潔不僅可以節約內存,出錯的概率也會小很多,程序的執行速度也快很多,而且,今後對程序進行修改和升級也容易很多。

所以,雖然說所有的PLC的梯形圖邏輯都大同小異,一個工程師隻要熟悉了一種PLC的編程,再學習第二個品牌的PLC就可以很快上手。但是,工程師在使用一個新的PLC的時候,還是應該仔細將新的PLC的編程手冊認真看一遍,看看指令的特別之處,尤其是自己可能要用到的指令,並考慮如何利用這些特別的方式來優化自己的程序。

各個PLC的編程語言的指令設計、界麵設計都不一樣,不存在孰優孰劣的問題,主要是風格不同。我們不能武斷地說三菱PLC的編程語言不如西門子的STEP7,也不能說STEP7比ROCKWELL的RSLOGIX要好,所謂的好與不好,大部分是工程師形成的編程習慣與編程語言的設計風格是否適用的問題。

現場常常需要對已經編好的程序進行修改。修改的原因可能是用戶的需求變更了,可能是發現了原來編程時的錯誤,或者是PLC運行時發生了電源中斷,有些狀態數據會丟失,如非保持的定時器會複位,輸入映射區會刷新,輸出映射區可能會清零,但狀態文件的所有組態數據和偶然的事件如計數器的累計值會被保存。

工程師在這個時候可能會需要對PLC進行編程,使某些內存可以恢複到缺省的狀態。在程序不需要修改的時候,可以設計應用默認途徑來重新啟動,或者利用首次掃描位的功能。

所有的智能I/O模塊,包括模擬量I/O模塊,在進入編程模式後或者電源中斷後,都會丟失其組態數據,用戶程序必須確認每次重新進入運行模式時,組態數據能夠被重新寫入智能I/O模塊。

在現場修改已經運行時常被忽略的一個問題是,工程師忘記將PLC切換到編程模式,雖然這個錯誤不難發現,但工程師在疏忽時,往往會誤以為PLC發生了故障,因此耽誤了許多時間。

另外,在PLC進行程序下載時,許多PLC是不允許進行電源中斷的,因為這時,舊的程序已經部分被改寫,但新的程序又沒有完全寫完,因此,如果電源中斷,會造成PLC無法運行,這時,可能需要對PLC的底層軟件進行重新裝入,而許多廠家是不允許在現場進行這個操作的。大部分新的PLC已經將用戶程序與PLC的係統程序分開了,可以避免這個問題。

七、結語

現場工程師的工作是十分重要的。要想成為一個優秀的現場工程師,首先要對現場的工作有熱情甚至激情,然後要有嚴謹和耐心的態度。現場的工作環境不像在自己的公司裏那麽舒適,常常是又髒又亂的,而且由於有工期和時間的限製,壓力也很大。而且,要麵對用戶和其它專業(如電氣、儀表、工藝、管線施工等)的現場人員的要求和指責,需要有協調和靈活變通的能力。另外,現場工程師與研發工程師在工作中有一個很大的不同點在於,在現場,你的最重要的任務是保證係統能夠按時正常運行。如果一個方案暫時走不通,要立即考慮第二甚至第三方案,哪怕是先將就一下,也要使係統能夠先正常工作起來。而研發工作是不能變通的,你要實現

這個功能,必須用這個辦法,其它方法雖然可以實現,但你是不能使用的。許多現場工程師由於不了解這個差別,常常在現場鑽入牛角尖,一條路走到死,結果導致了現場調試工作的延誤。這也是為什麽一個優秀的研發工程師往往並不是一個好的現場工程師的原因。現場的工程師必須有開放的頭腦和靈活的心態,當然這是建立

在嚴謹的工作態度的基礎之上的。

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