PLC故障與顯示方法
推薦外圍元件設備故障等會(huì )經(jīng)常引發(fā)生產(chǎn)上的損失和安全事故，因此本文著(zhù)重探討故障形成的各種類(lèi)型并進(jìn)行邏輯設計，同時(shí)將故障診斷信息通過(guò)特定的途徑進(jìn)行顯示、報警和存檔。
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(lèi)控制系統中， 由于復雜的邏輯關(guān)系、繁多的控制元件、分散的執行機構和運行設備，一旦其中發(fā)生誤操作或者外圍元件、設備的故障將會(huì )造成生產(chǎn)上的損失和安全事故。那么在設計控制系統時(shí)必須充分考慮到這一點(diǎn)，在便于維護和檢修的前提下，自動(dòng)、及時(shí)、準確地診斷和顯示各類(lèi)故障信息就顯得尤其重要。本文就常見(jiàn)的故障診斷給予邏輯圖、示意圖的實(shí)現，并且探討一種實(shí)際可行的途徑將此信息顯示、報警和存檔。
2 PLC 系統的故障類(lèi)型 PLC 系統的故障可以由以下幾種：
2.1 狀態(tài)矛盾診斷 紅外我們根據設備或元器件之間的信號，來(lái)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(kāi)關(guān)如采用同種型號且常開(kāi)一致的情況下，如出現兩接近開(kāi)關(guān)的信號同為 “1” 時(shí)，說(shuō)明其中一開(kāi)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 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(lèi)似的還有電機的正轉和反轉信號、行程開(kāi)關(guān)的常開(kāi)和常閉信號等均不能同時(shí)出現。
2.2 動(dòng)作聯(lián)鎖條件故障 為保證特定設備的正常運行或執行機構的正確動(dòng)作，一般需要提供動(dòng)作的聯(lián)鎖條件，比如安全開(kāi)關(guān)、設備的就緒、其他動(dòng)作的到位等。一旦其中一項不滿(mǎn)足且設備或執行機構的啟動(dòng)命令發(fā)出時(shí)，系統會(huì )顯示聯(lián)鎖條件故障。 比如造紙機烘缸傳動(dòng)電機的正常運行，其首要條件為緊急安全開(kāi)關(guān)（常閉 I 2.0 ）、烘缸潤滑油正常信號（常閉 I 2.1 ）、烘缸干毯跑偏器限位正常信號（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，當故障信息出現后可以用復位按鈕（ I 2.4 ）進(jìn)行復位。類(lèi)似的情況除各類(lèi)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(xiàn)投入運行聯(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 氣在設備運行和執行機構動(dòng)作的命令發(fā)出后，為檢測其動(dòng)作的有效性和準確率，常常需要設置一定的時(shí)間延遲來(lái)判斷動(dòng)作的執行情況。對于動(dòng)作不到位檢測，需要在動(dòng)作執行末端或執行的結果上加上檢測開(kāi)關(guān)（如行程開(kāi)關(guān)、感應開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、紅外開(kāi)關(guān)等）；對于未動(dòng)作檢測，則需要在執行前端或執行的結果上加上檢測開(kāi)關(guān)。 例如在一滑動(dòng)氣缸的前端加上一感應開(kāi)關(guān)（常開(kāi) I3.0 ），動(dòng)作命令（ Q 3.0 為 “1” ）發(fā)生前執行機構在前端位置，當動(dòng)作命令 15 秒后仍未檢測到感應開(kāi)關(guān)發(fā)生變化，則輸出未動(dòng)作故障信息（ D 3.0 ）。該故障信息可用復位按鈕（ I 10.0 ）進(jìn)行復位。 類(lèi)似的情況除各類(lèi)氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)執行機構外，還有泵體的運行（通過(guò)流量檢測）、加熱器的投入（通過(guò) PT 熱敏回路）等。
2.4 分步控制出錯診斷 在實(shí)際的設備運行中經(jīng)常需要分步控制以實(shí)現自動(dòng)化的要求，因此發(fā)現分步控制中的錯誤并將該出錯的分步顯示出來(lái)，便于系統的安全運行，這就是分步控制出錯診斷。 比如，某自動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)后，有 3 個(gè)分步動(dòng)作。在啟動(dòng)命令信號發(fā)出后，先執行分步 1 動(dòng)作，然后對該動(dòng)作的結果進(jìn)行判斷，如正確繼續進(jìn)入分步 2 動(dòng)作，不正確則退出該自動(dòng)過(guò)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 。待全部正確結束后才輸出完成信號。 具體的故障診斷示意圖如下 ( 略 ) ：
2.5 通訊控制故障診斷 PLC 系統的設計中常常會(huì )設計到與外圍設備的通訊，進(jìn)行數據位的傳遞和交換。為確保該通訊控制模塊被正確調用和實(shí)時(shí)聯(lián)系，需要在其中放置一計數器，每執行該通訊模塊就累加一次，并將該累加值存儲在 PLC 的數據塊中。當診斷程序在特定的時(shí)間內（根據不同的程序塊，時(shí)間設定也不同）檢測不到累加值的變化，就發(fā)出故障信息（通訊出錯）。計數器示意圖如下 ( 略 ) ： 當通訊初始化時(shí)，計數器的值選通為 1 ，以后就逐次累加 1 ，就得到了新計數器的值。
3 PLC 故障的顯示 將 PLC 控制系統的故障信息及時(shí)顯示出來(lái)并報警，有利于檢修時(shí)迅速找到故障點(diǎn)并展開(kāi)工作；將故障信息的存檔則有利于系統的長(cháng)期維護和歷史追述。 PLC 系統的故障信息一般存儲在數據塊（ DATA BLOCK ）中，如何通過(guò)增加外設來(lái)與此進(jìn)行通訊或數據交換呢？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 標準接口，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熱備功能、加快 OPC 通訊速度、報警組從 32 個(gè)增加到 512 個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其報警歷史數據可與 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)具有具有報警列表功能，逐行實(shí)時(shí)顯示當前報警信息。 2 在 PLC 系統中直接加入一塊 PC 兼容卡，它能通過(guò)總線(xiàn)直接讀取數據塊并存儲在硬盤(pán)中。該 PC 兼容卡不僅有工業(yè) PC 機的各個(gè)特點(diǎn)，還能通過(guò)該卡上的鼠標、鍵盤(pán)和顯示器 VGA 接口直接進(jìn)行操作、顯示，如西門(mén)子系統的 PC 兼容卡有 CP581 。 根據故障信息進(jìn)行歸類(lèi)，按故障的嚴重性分為嚴重出錯（ FAULT ）、故障報警（ ALARM ）、一般信息（ MESSAGE ）三類(lèi)，并用不同的顏色進(jìn)行標注，如為紅色、黃色、綠色；按故障的來(lái)源分為電氣責任（ E ）、儀表責任（ I ）、機械責任（ M ）和工藝責任（ 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據庫中，如 EXCEL 、 ACCESS 等。
4 結束語(yǔ) 在由 PLC 組成的控制系統中，要在繁多的元件、設備和復雜的邏輯關(guān)系的背后找到一條便利于維護和檢修的捷徑，關(guān)鍵就在于故障診斷程序的合理性、故障信息處理的規范化。本文對 PLC 系統故障的檢測、診斷、顯示、報警和存檔進(jìn)行了探討，并用邏輯圖進(jìn)行故障診斷。在實(shí)際的應用設計中，要根據具體情況確定故障點(diǎn)和故障類(lèi)型，并采用不同的方法去進(jìn)行編程。
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