PLC故障類型與顯示方法

 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。對于動(dòng)作不到位檢測，需要在動(dòng)作執(zhí)行末端或執(zhí)行的結(jié)果上加上檢測開關(guān)（如行程開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)、流量開關(guān)、紅外開關(guān)等）；對于未動(dòng)作檢測，則需要在執(zhí)行前端或執(zhí)行的結(jié)果上加上檢測開關(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）、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P(yáng)LC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P(yáng)C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*先出（FIFO）原理放置于常用的數(shù)據(jù)庫中，如EXCEL、ACCESS等。
   
    4 結(jié)束語
    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PLC系統(tǒng)故障的檢測、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。