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， 由于復雜的邏輯關系、繁多的控制元件、分散的執(zhí)行機構和運行設備，一旦其中發(fā)生誤操作或者外圍元件、設備的故障將會造成生產上的損失和安全事故。那么在設計控制系統(tǒng)時必須充分考慮到這一點，在便于維護和檢修的前提下，自動、及時、準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、示意圖的實現(xiàn)，并且探討一種實際可行的途徑將此信息顯示、報警和存檔。
   
    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
    紅外我們根據設備或元器件之間的信號，來檢查它們的實際狀態(tài)是否處于邏輯矛盾，如是則必然有其中的一個信號為假狀態(tài)。
    比如某一上下滑動的氣缸，其上下端的接近開關如采用同種型號且常開一致的情況下，如出現(xiàn)兩接近開關的信號同為“1”時，說明其中一開關失靈，產生故障信息。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動作時，I 1.1也動作時PLC診斷為故障M 1.0 。類似的還有電機的正轉和反轉信號、行程開關的常開和常閉信號等均不能同時出現(xiàn)。
    2.2 動作聯(lián)鎖條件故障
    為保證特定設備的正常運行或執(zhí)行機構的正確動作，一般需要提供動作的聯(lián)鎖條件，比如安全開關、設備的就緒、其他動作的到位等。一旦其中一項不滿足且設備或執(zhí)行機構的啟動命令發(fā)出時，系統(tǒng)會顯示聯(lián)鎖條件故障。
    比如造紙機烘缸傳動電機的正常運行，其首要條件為緊急安全開關（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）。如該傳動啟動命令（I 2.3 為“1”）輸出后，只要其中一個聯(lián)鎖條件不符和，就會產生動作聯(lián)鎖條件故障信息（M 2.0）。
   
    上圖(略) 中，當故障信息出現(xiàn)后可以用復位按鈕（I 2.4）進行復位。類似的情況除各類傳動聯(lián)鎖條件外，還有嚙合輥的動作聯(lián)鎖條件、IR紅外線投入運行聯(lián)鎖條件等。
    2.3 動作不到位或命令發(fā)出后未動作診斷
    氣在設備運行和執(zhí)行機構動作的命令發(fā)出后，為檢測其動作的有效性和準確率，常常需要設置一定的時間延遲來判斷動作的執(zhí)行情況。對于動作不到位檢測，需要在動作執(zhí)行末端或執(zhí)行的結果上加上檢測開關（如行程開關、感應開關、流量開關、紅外開關等）；對于未動作檢測，則需要在執(zhí)行前端或執(zhí)行的結果上加上檢測開關。
    例如在一滑動氣缸的前端加上一感應開關（常開I3.0），動作命令（Q 3.0為“1”）發(fā)生前執(zhí)行機構在前端位置，當動作命令15秒后仍未檢測到感應開關發(fā)生變化，則輸出未動作故障信息（D 3.0）。該故障信息可用復位按鈕（I 10.0）進行復位。
   
    類似的情況除各類氣動、液動、電動執(zhí)行機構外，還有泵體的運行（通過流量檢測）、加熱器的投入（通過PT熱敏回路）等。
    2.4 分步控制出錯診斷
    在實際的設備運行中經常需要分步控制以實現(xiàn)自動化的要求，因此發(fā)現(xiàn)分步控制中的錯誤并將該出錯的分步顯示出來，便于系統(tǒng)的安全運行，這就是分步控制出錯診斷。
    比如，某自動過程啟動后，有3個分步動作。在啟動命令信號發(fā)出后，先執(zhí)行分步1動作，然后對該動作的結果進行判斷，如正確繼續(xù)進入分步2動作，不正確則退出該自動過程，同時顯示故障信息D 4.0(分步1動作不充分)。分步2、3動作的原理同分步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(tǒng)的設計中常常會設計到與外圍設備的通訊，進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時聯(lián)系，需要在其中放置一計數器，每執(zhí)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間內（根據不同的程序塊，時間設定也不同）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，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(tǒng)的故障信息及時顯示出來并報警，有利于檢修時迅速找到故障點并展開工作；將故障信息的存檔則有利于系統(tǒng)的長期維護和歷史追述。
    PLC系統(tǒng)的故障信息一般存儲在數據塊（DATA BLOCK）中，如何通過增加外設來與此進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個增加到512個優(yōu)點。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(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)點具有具有報警列表功能，逐行實時顯示當前報警信息。
    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據塊并存儲在硬盤中。該PC兼容卡不僅有工業(yè)PC機的各個特點，還能通過該卡上的鼠標、鍵盤和顯示器VGA接口直接進行操作、顯示，如西門子系統(tǒng)的PC兼容卡有CP581。
    根據故障信息進行歸類，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，并用不同的顏色進行標注，如為紅色、黃色、綠色；按故障的來源分為電氣責任（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間序列*先出（FIFO）原理放置于常用的數據庫中，如EXCEL、ACCESS等。
   
    4 結束語
    在由PLC組成的控制系統(tǒng)中，要在繁多的元件、設備和復雜的邏輯關系的背后找到一條便利于維護和檢修的捷徑，關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、報警和存檔進行了探討，并用邏輯圖進行故障診斷。在實際的應用設計中，要根據具體情況確定故障點和故障類型，并采用不同的方法去進行編程。