PLC的时序和调试工具

在分析继电器控制逻辑或者模拟电路时，只需要考虑信号之间的相互关系，很少考虑先后顺序，因为在这些系统里，信号是以光速传播的，结果会立即生效，将结果反馈给前端进行输入，没有延迟。

但是，对于PLC来说，它的核心是一个CPU。和所有的计算机一样，程序指令的执行是有先后顺序的，并且是一遍一遍循环扫描的。在一次扫描的过程中，后续的结果不能立即被前面的程序所使用的，必须等到下一次扫描，才能有效。因此，编制PLC程序时，尤其是复杂逻辑时，必须有清晰的时序概念（时序，就是按照时间先后顺序的意思）。学习PLC时，时序是一块重要内容。

举个排水泵自动控制的例子（仅给出自动相关的I/O点），其工作原理：输入有低液位和高液位两个开关信号（都用浮子开关检测，浮子抬起时，信号为高电平，低头时，信号为低电平），输出为泵启动的信号。PLC里梯形图只用一段简单程序就可以实现高液位启动，低液位停止的功能，其逻辑和工作时序，如图1所示。

图1 水泵逻辑及工作时序图

对于PLC的调试，首先要用PLC编程软件。这些编程软件都能够监控各个变量、程序图的状态，这是基本功能，否则是不能进行调试的。对于大部分慢的、简单的逻辑，编程软件的基本功能就足够完成调试任务。

但是，如果逻辑比较复杂，跨很多页面，或者信号变化很快，单靠肉眼观察实时状态，并进行逻辑思考，是非常困难的。编程软件大部分会提供变量监控表，将需要关心的变量都放进去，点击监控，即可实时刷新状态，这可以一定程度解决大量变量监控的问题。但是，对于复杂逻辑或者变化速度较快的程序，就需要借助时序图的工具，将变化过程记录下来，在事后慢慢分析。

还说上面水泵控制的简单例子，如果遇到一个现象，水泵启动后，偶尔会在到达低液位前停止，什么原因呢？可能是低液位信号抖动，也可能是输出的接线松动等，这时候如果能得到当时的时序图，就很容易判断了。如果时序图如图2所示，我们就可以判断是低液位信号不可靠导致，去检查低液位信号的接线或者浮子开关即可。如果时序图如图3所示，则需要检查控制命令的输出接线和电机主回路。

图2 水泵控制时序图1

图3 水泵控制时序图2

可惜，大部分的编程软件是不提供时序图功能的。还好，现在有一些第三方的录波软件，可以实现时序录波功能。第三方通用录波软件是指那些非PLC厂家开发的，能对多种PLC进行连续录波的软件（有些只能对单一PLC进行录波），比较常见的是PLC-ANALYZER、IBA。这两个软件都是国外的软件，价格昂贵，无免费使用部分。一般PLC工程师无法承受。国内也出现了一些与IBA类似的录波软件，比如京城瑞达的录波软件，价格也较高，且只随项目销售。国内新出现的PLC-Recorder录波软件，与PLC-ANALYZER风格、性能类似（主界面见图4），但是价格极其低廉，且其80%的功能都可以长期免费使用。

图4 国内某录波软件的主界面

除了程序调试和故障排查，录波软件还能用于记录用户关心的数据，用于后续分析，比如：记录电机的电流曲线，可以用于观察启动过程是否正常。记录流量、压力等工艺参数，查看生产是否稳定、传感器是否正常、闭环控制器性能是否合适等等。记录的数据如果和生产节奏等有关，则可以导出后，用于生产效率、控制过程等分析。

总的来说，PLC工程师一定要有时序概念，并掌握录波和分析波形的工具。由于波形里包含着大量信息，因此，利用录波软件进行编程调试可以起到事半功倍的效果。