PLC故障與顯示方法
推薦外圍元件設(shè)備故障等會(huì)經(jīng)常引發(fā)生產(chǎn)上的損失和安全事故，因此本文著重探討故障形成的各種類型并進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，同時(shí)將故障診斷信息通過特定的途徑進(jìn)行顯示、報(bào)警和存檔。
關(guān)鍵詞 可編程控制器 故障診斷 邏輯圖
1 前言 在 PLC 組成的各類控制系統(tǒng)中， 由于復(fù)雜的邏輯關(guān)系、繁多的控制元件、分散的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和運(yùn)行設(shè)備，一旦其中發(fā)生誤操作或者外圍元件、設(shè)備的故障將會(huì)造成生產(chǎn)上的損失和安全事故。那么在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)必須充分考慮到這一點(diǎn)，在便于維護(hù)和檢修的前提下，自動(dòng)、及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷和顯示各類故障信息就顯得尤其重要。本文就常見的故障診斷給予邏輯圖、示意圖的實(shí)現(xiàn)，并且探討一種實(shí)際可行的途徑將此信息顯示、報(bào)警和存檔。
2 PLC 系統(tǒng)的故障類型 PLC 系統(tǒng)的故障可以由以下幾種：
2.1 狀態(tài)矛盾診斷 紅外我們根據(jù)設(shè)備或元器件之間的信號(hào)，來檢查它們的實(shí)際狀態(tài)是否處于邏輯矛盾，如是則必然有其中的一個(gè)信號(hào)為假狀態(tài)。 比如某一上下滑動(dòng)的氣缸，其上下端的接近開關(guān)如采用同種型號(hào)且常開一致的情況下，如出現(xiàn)兩接近開關(guān)的信號(hào)同為 “1” 時(shí)，說明其中一開關(guān)失靈，產(chǎn)生故障信息。用邏輯圖表示如下 ( 略 ) ： 圖中， I 1.0 和 I 1.1 分別表示上下限位，當(dāng) I 1.0 動(dòng)作時(shí)， I 1.1 也動(dòng)作時(shí) PLC 診斷為故障 M 1.0 。類似的還有電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號(hào)、行程開關(guān)的常開和常閉信號(hào)等均不能同時(shí)出現(xiàn)。
2.2 動(dòng)作聯(lián)鎖條件故障 為保證特定設(shè)備的正常運(yùn)行或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正確動(dòng)作，一般需要提供動(dòng)作的聯(lián)鎖條件，比如安全開關(guān)、設(shè)備的就緒、其他動(dòng)作的到位等。一旦其中一項(xiàng)不滿足且設(shè)備或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)命令發(fā)出時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示聯(lián)鎖條件故障。 比如造紙機(jī)烘缸傳動(dòng)電機(jī)的正常運(yùn)行，其首要條件為緊急安全開關(guān)（常閉 I 2.0 ）、烘缸潤(rùn)滑油正常信號(hào)（常閉 I 2.1 ）、烘缸干毯跑偏器限位正常信號(hào)（常閉 I 2.2 ）。如該傳動(dòng)啟動(dòng)命令（ I 2.3 為 “1” ）輸出后，只要其中一個(gè)聯(lián)鎖條件不符和，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作聯(lián)鎖條件故障信息（ M 2.0 ）。 上圖 ( 略 ) 中，當(dāng)故障信息出現(xiàn)后可以用復(fù)位按鈕（ I 2.4 ）進(jìn)行復(fù)位。類似的情況除各類傳動(dòng)聯(lián)鎖條件外，還有嚙合輥的動(dòng)作聯(lián)鎖條件、 IR 紅外線投入運(yùn)行聯(lián)鎖條件等。
2.3 動(dòng)作不到位或命令發(fā)出后未動(dòng)作診斷 氣在設(shè)備運(yùn)行和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的命令發(fā)出后，為檢測(cè)其動(dòng)作的有效性和準(zhǔn)確率，常常需要設(shè)置一定的時(shí)間延遲來判斷動(dòng)作的執(zhí)行情況。對(duì)于動(dòng)作不到位檢測(cè)，需要在動(dòng)作執(zhí)行末端或執(zhí)行的結(jié)果上加上檢測(cè)開關(guān)（如行程開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)、流量開關(guān)、紅外開關(guān)等）；對(duì)于未動(dòng)作檢測(cè)，則需要在執(zhí)行前端或執(zhí)行的結(jié)果上加上檢測(cè)開關(guān)。 例如在一滑動(dòng)氣缸的前端加上一感應(yīng)開關(guān)（常開 I3.0 ），動(dòng)作命令（ Q 3.0 為 “1” ）發(fā)生前執(zhí)行機(jī)構(gòu)在前端位置，當(dāng)動(dòng)作命令 15 秒后仍未檢測(cè)到感應(yīng)開關(guān)發(fā)生變化，則輸出未動(dòng)作故障信息（ D 3.0 ）。該故障信息可用復(fù)位按鈕（ I 10.0 ）進(jìn)行復(fù)位。 類似的情況除各類氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外，還有泵體的運(yùn)行（通過流量檢測(cè)）、加熱器的投入（通過 PT 熱敏回路）等。
2.4 分步控制出錯(cuò)診斷 在實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行中經(jīng)常需要分步控制以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的要求，因此發(fā)現(xiàn)分步控制中的錯(cuò)誤并將該出錯(cuò)的分步顯示出來，便于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這就是分步控制出錯(cuò)診斷。 比如，某自動(dòng)過程啟動(dòng)后，有 3 個(gè)分步動(dòng)作。在啟動(dòng)命令信號(hào)發(fā)出后，先執(zhí)行分步 1 動(dòng)作，然后對(duì)該動(dòng)作的結(jié)果進(jìn)行判斷，如正確繼續(xù)進(jìn)入分步 2 動(dòng)作，不正確則退出該自動(dòng)過程，同時(shí)顯示故障信息 D 4.0( 分步 1 動(dòng)作不充分 ) 。分步 2 、 3 動(dòng)作的原理同分步 1 。待全部正確結(jié)束后才輸出完成信號(hào)。 具體的故障診斷示意圖如下 ( 略 ) ：
2.5 通訊控制故障診斷 PLC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中常常會(huì)設(shè)計(jì)到與外圍設(shè)備的通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)位的傳遞和交換。為確保該通訊控制模塊被正確調(diào)用和實(shí)時(shí)聯(lián)系，需要在其中放置一計(jì)數(shù)器，每執(zhí)行該通訊模塊就累加一次，并將該累加值存儲(chǔ)在 PLC 的數(shù)據(jù)塊中。當(dāng)診斷程序在特定的時(shí)間內(nèi)（根據(jù)不同的程序塊，時(shí)間設(shè)定也不同）檢測(cè)不到累加值的變化，就發(fā)出故障信息（通訊出錯(cuò)）。計(jì)數(shù)器示意圖如下 ( 略 ) ： 當(dāng)通訊初始化時(shí)，計(jì)數(shù)器的值選通為 1 ，以后就逐次累加 1 ，就得到了新計(jì)數(shù)器的值。
3 PLC 故障的顯示 將 PLC 控制系統(tǒng)的故障信息及時(shí)顯示出來并報(bào)警，有利于檢修時(shí)迅速找到故障點(diǎn)并展開工作；將故障信息的存檔則有利于系統(tǒng)的長(zhǎng)期維護(hù)和歷史追述。 PLC 系統(tǒng)的故障信息一般存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊（ DATA BLOCK ）中，如何通過增加外設(shè)來與此進(jìn)行通訊或數(shù)據(jù)交換呢？通常情況下可采用以下幾種： 2 直接利用該 PLC 的 CPU 上 RS232 － C 、 RS422 － A 、 RS485 標(biāo)準(zhǔn)接口，直接編程與普通工業(yè) PC 電腦的串行口（ COM1 、 2 ）通訊，并安裝 “ 組態(tài)王 ” 等工控軟件。組態(tài)王目前的版本具有雙機(jī)熱備功能、加快 OPC 通訊速度、報(bào)警組從 32 個(gè)增加到 512 個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其報(bào)警歷史數(shù)據(jù)可與 EXCEL 通訊，非常適合管控一體化。 2 直接利用 PLC 的編程口或在 PLC 系統(tǒng)中增加一塊通訊卡，與觸摸屏或文本顯示器連接。它的優(yōu)點(diǎn)具有具有報(bào)警列表功能，逐行實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前報(bào)警信息。 2 在 PLC 系統(tǒng)中直接加入一塊 PC 兼容卡，它能通過總線直接讀取數(shù)據(jù)塊并存儲(chǔ)在硬盤中。該 PC 兼容卡不僅有工業(yè) PC 機(jī)的各個(gè)特點(diǎn)，還能通過該卡上的鼠標(biāo)、鍵盤和顯示器 VGA 接口直接進(jìn)行操作、顯示，如西門子系統(tǒng)的 PC 兼容卡有 CP581 。 根據(jù)故障信息進(jìn)行歸類，按故障的嚴(yán)重性分為嚴(yán)重出錯(cuò)（ FAULT ）、故障報(bào)警（ ALARM ）、一般信息（ MESSAGE ）三類，并用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)注，如為紅色、黃色、綠色；按故障的來源分為電氣責(zé)任（ E ）、儀表責(zé)任（ I ）、機(jī)械責(zé)任（ M ）和工藝責(zé)任（ T ）。 故障信息的存檔按照時(shí)間序列先進(jìn)先出（ FIFO ）原理放置于常用的數(shù)據(jù)庫(kù)中，如 EXCEL 、 ACCESS 等。
4 結(jié)束語(yǔ) 在由 PLC 組成的控制系統(tǒng)中，要在繁多的元件、設(shè)備和復(fù)雜的邏輯關(guān)系的背后找到一條便利于維護(hù)和檢修的捷徑，關(guān)鍵就在于故障診斷程序的合理性、故障信息處理的規(guī)范化。本文對(duì) PLC 系統(tǒng)故障的檢測(cè)、診斷、顯示、報(bào)警和存檔進(jìn)行了探討，并用邏輯圖進(jìn)行故障診斷。在實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，要根據(jù)具體情況確定故障點(diǎn)和故障類型，并采用不同的方法去進(jìn)行編程。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
