PLC故障类型与显示方法 - 谷易凤12工控博客技术论文

    摘要在PLC控制系统中由于误操作、外围元件设备故障等会经常引发生产上的损失和安全事故，因此本文着重探讨故障形成的各种类型并进行逻辑设计，同时将故障诊断信息通过特定的途径进行显示、报警和存档。
    关键词可编程控制器故障诊断逻辑图

    1 前言
    在PLC组成的各类控制系统中，由于复杂的逻辑关系、繁多的控制元件、分散的执行机构和运行设备，一旦其中发生误操作或者外围元件、设备的故障将会造成生产上的损失和安全事故。那么在设计控制系统时必须充分考虑到这一点，在便于维护和检修的前提下，自动、及时、准确地诊断和显示各类故障信息就显得尤其重要。本文就常见的故障诊断给予逻辑图、示意图的实现，并且探讨一种实际可行的途径将此信息显示、报警和存档。

    2 PLC系统的故障类型
    PLC系统的故障可以由以下几种：
    2.1 状态矛盾诊断
    红外我们根据设备或元器件之间的信号，来检查它们的实际状态是否处于逻辑矛盾，如是则必然有其中的一个信号为假状态。
    比如某一上下滑动的气缸，其上下端的接近开关如采用同种型号且常开一致的情况下，如出现两接近开关的信号同为“1”时，说明其中一开关失灵，产生故障信息。用逻辑图表示如下(略) ：

    图中，I 1.0 和 I 1.1 分别表示上下限位，当I 1.0动作时，I 1.1也动作时PLC诊断为故障M 1.0 。类似的还有电机的正转和反转信号、行程开关的常开和常闭信号等均不能同时出现。
    2.2 动作联锁条件故障
    为保证特定设备的正常运行或执行机构的正确动作，一般需要提供动作的联锁条件，比如安全开关、设备的就绪、其他动作的到位等。一旦其中一项不满足且设备或执行机构的启动命令发出时，系统会显示联锁条件故障。
    比如造纸机烘缸传动电机的正常运行，其首要条件为紧急安全开关（常闭I 2.0）、烘缸润滑油正常信号（常闭I 2.1）、烘缸干毯跑偏器限位正常信号（常闭I 2.2）。如该传动启动命令（I 2.3 为“1”）输出后，只要其中一个联锁条件不符和，就会产生动作联锁条件故障信息（M 2.0）。

    上图(略) 中，当故障信息出现后可以用复位按钮（I 2.4）进行复位。类似的情况除各类传动联锁条件外，还有啮合辊的动作联锁条件、IR红外线投入运行联锁条件等。
    2.3 动作不到位或命令发出后未动作诊断
    气在设备运行和执行机构动作的命令发出后，为检测其动作的有效性和准确率，常常需要设置一定的时间延迟来判断动作的执行情况。对于动作不到位检测，需要在动作执行末端或执行的结果上加上检测开关（如行程开关、感应开关、流量开关、红外开关等）；对于未动作检测，则需要在执行前端或执行的结果上加上检测开关。
    例如在一滑动气缸的前端加上一感应开关（常开I3.0），动作命令（Q 3.0为“1”）发生前执行机构在前端位置，当动作命令15秒后仍未检测到感应开关发生变化，则输出未动作故障信息（D 3.0）。该故障信息可用复位按钮（I 10.0）进行复位。

    类似的情况除各类气动、液动、电动执行机构外，还有泵体的运行（通过流量检测）、加热器的投入（通过PT热敏回路）等。
    2.4 分步控制出错诊断
    在实际的设备运行中经常需要分步控制以实现自动化的要求，因此发现分步控制中的错误并将该出错的分步显示出来，便于系统的安全运行，这就是分步控制出错诊断。
    比如，某自动过程启动后，有3个分步动作。在启动命令信号发出后，先执行分步1动作，然后对该动作的结果进行判断，如正确继续进入分步2动作，不正确则退出该自动过程，同时显示故障信息D 4.0(分步1动作不充分)。分步2、3动作的原理同分步1。待全部正确结束后才输出完成信号。
    具体的故障诊断示意图如下(略) ：

    2.5 通讯控制故障诊断
    PLC系统的设计中常常会设计到与外围设备的通讯，进行数据位的传递和交换。为确保该通讯控制模块被正确调用和实时联系，需要在其中放置一计数器，每执行该通讯模块就累加一次，并将该累加值存储在PLC的数据块中。当诊断程序在特定的时间内（根据不同的程序块，时间设定也不同）检测不到累加值的变化，就发出故障信息（通讯出错）。计数器示意图如下(略) ：

    当通讯初始化时，计数器的值选通为1，以后就逐次累加1，就得到了新计数器的值。

    3 PLC故障的显示
    将PLC控制系统的故障信息及时显示出来并报警，有利于检修时迅速找到故障点并展开工作；将故障信息的存档则有利于系统的长期维护和历史追述。
    PLC系统的故障信息一般存储在数据块（DATA BLOCK）中，如何通过增加外设来与此进行通讯或数据交换呢？通常情况下可采用以下几种：
    ² 直接利用该PLC的CPU上RS232－C、RS422－A、RS485标准接口，直接编程与普通工业PC电脑的串行口（COM1、2）通讯，并安装“组态王”等工控软件。组态王目前的版本具有双机热备功能、加快OPC通讯速度、报警组从32个增加到512个优点。其报警历史数据可与EXCEL通讯，非常适合管控一体化。
    ² 直接利用PLC的编程口或在PLC系统中增加一块通讯卡，与触摸屏或文本显示器连接。它的优点具有具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息。
    ² 在PLC系统中直接加入一块PC兼容卡，它能通过总线直接读取数据块并存储在硬盘中。该PC兼容卡不仅有工业PC机的各个特点，还能通过该卡上的鼠标、键盘和显示器VGA接口直接进行操作、显示，如西门子系统的PC兼容卡有CP581。
    根据故障信息进行归类，按故障的严重性分为严重出错（FAULT）、故障报警（ALARM）、一般信息（MESSAGE）三类，并用不同的颜色进行标注，如为红色、黄色、绿色；按故障的来源分为电气责任（E）、仪表责任（I）、机械责任（M）和工艺责任（T）。
    故障信息的存档按照时间序列先进先出（FIFO）原理放置于常用的数据库中，如EXCEL、ACCESS等。

    4 结束语
    在由PLC组成的控制系统中，要在繁多的元件、设备和复杂的逻辑关系的背后找到一条便利于维护和检修的捷径，关键就在于故障诊断程序的合理性、故障信息处理的规范化。本文对PLC系统故障的检测、诊断、显示、报警和存档进行了探讨，并用逻辑图进行故障诊断。在实际的应用设计中，要根据具体情况确定故障点和故障类型，并采用不同的方法去进行编程。

    参考文献
    1、《可编程控制器基础及编程技巧》陈宇编华南理工大学出版社 2001年广州
    　