PLC控制系統(tǒng)及故障診斷

攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限責(zé)任公司 四川成都

摘要：PLC控制系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會引起整個(gè)系統(tǒng)的故障，因此，必須控制故障的發(fā)生。本文主要分析了PLC的特點(diǎn)及工作原理以及PLC控制系統(tǒng)的故障診斷及處理。

關(guān)鍵詞：PLC；應(yīng)用；故障檢測；診斷

1.引言

由于PLC控制系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、操作靈活、運(yùn)行可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)本身的故障率較低，運(yùn)行較為可靠，但是當(dāng)PLC控制系統(tǒng)操作不當(dāng)、疏忽維護(hù)或者處理較為惡劣的環(huán)境時(shí)，就會出現(xiàn)故障。但是PLC不是一個(gè)獨(dú)立工作的系統(tǒng)，是由多個(gè)控制設(shè)備組合而成的，所以給故障診斷帶來了很大的難度。所以，技術(shù)人員必須加強(qiáng)對PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)工作，提高PLC 控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)，以保證PLC控制系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

2.可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)

2.1具有較強(qiáng)的可靠性

可編程控制器PLC是由集成電路組合而成的，由于使用了較為先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，使其內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)均具有較強(qiáng)的抗外界干擾的能力。此外，可編程控制器PLC采用一種內(nèi)部設(shè)備故障自檢技術(shù)，當(dāng)PLC在執(zhí)行指令任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)了故障系統(tǒng)會立即發(fā)現(xiàn)，并提示工作人員馬上進(jìn)行修復(fù)，使可編程控制器PLC在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的可靠性。

2.2體積小巧

可編程控制器PLC就是一個(gè)存儲模塊，體積十分的狹小，底部尺寸不超過10CM，還不如一個(gè)手機(jī)大，而重量十分的輕便，不超過150g，同樣還不如一個(gè)普通手機(jī)沉。由于體積小巧，非常便于安裝到工業(yè)機(jī)器中，有利于機(jī)電一體化的發(fā)展。

2.3低耗能

可編程控制器PLC采用了先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，使其每小時(shí)功耗不超過數(shù)瓦，非常適合節(jié)能減排的現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

2.4邏輯性簡單便于改造和維護(hù)

可編程控制器PLC的邏輯形式上發(fā)生了革命性的改變，從過去接線性邏輯發(fā)展為存儲型邏輯，大大降低了存儲器對外的輸入輸出線路，使可編程控制器運(yùn)算速度有了質(zhì)的飛躍。同時(shí)由于邏輯形式的變化，使得程序的改造和維護(hù)提供了很大的方便。

2.5普遍性較強(qiáng)

由于可編程控制器具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此目前被普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域之中，主要包括：鋼鐵、煤礦、石油、化工、電力、建材、機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)?，利用PLC技術(shù)廣泛涉足于：工業(yè)的過程控制、設(shè)備的運(yùn)行控制、集成數(shù)據(jù)規(guī)模性控制、通信數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、開關(guān)量邏輯控制等。

3.PLC的工作原理

PLC是以循環(huán)掃描方式控制數(shù)字化的信息，實(shí)施邏輯性很強(qiáng)的通信控制。在系統(tǒng)硬件的支持和軟件的控制下，PLC按固定的周期時(shí)間循環(huán)掃描，按用戶程序中指令的順序，一條一條地執(zhí)行程序中的指令。在每一個(gè)掃描周期內(nèi)，PLC順序地執(zhí)行自診斷，初始化，執(zhí)行用戶程序，通信服務(wù)等任務(wù)。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

4.PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

當(dāng)前，PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等行業(yè)：

4.1 開關(guān)量邏輯控制

取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

4.2 工業(yè)過程控制

工業(yè)生產(chǎn)中存在一些溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

4.3 運(yùn)動控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

4.4 數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

4.5 通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

5.PLC控制系統(tǒng)故障檢測與診斷

大量的工程實(shí)踐證明，plc外部的輸入元件與輸出元件，例如限位開關(guān)、電磁閥、接觸器等故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于plc本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障時(shí)，plc一般不會覺察出來，不會自動停機(jī)，可能會使故障擴(kuò)大，直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動作后停機(jī)，有時(shí)會造成設(shè)備和人身事故。停機(jī)后，查找故障也要花費(fèi)很多時(shí)間。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，在沒有釀成事故之前自動停機(jī)和報(bào)警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可以用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理，例如自動停機(jī)或用指示燈，人機(jī)界面顯示報(bào)警信息等。

5.1設(shè)計(jì)完善的故障報(bào)警系統(tǒng)

在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)計(jì)3級故障顯示報(bào)警系統(tǒng)，1級設(shè)置在控制現(xiàn)場各控制柜面板，用指示燈指示設(shè)備正常運(yùn)行和故障情況，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)對應(yīng)指示燈亮，當(dāng)該設(shè)備運(yùn)行有故障時(shí)指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設(shè)備工作情況，專門設(shè)置了故障復(fù)位燈測試按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行任何時(shí)間持續(xù)按該按鈕3s，所有指示燈應(yīng)全部點(diǎn)亮，如果這時(shí)有指示等不亮說明該指示燈已壞，應(yīng)立即更換，該按鈕復(fù)位后指示燈仍按原工作狀態(tài)顯示設(shè)備工作狀態(tài)。

5.2邏輯錯(cuò)誤檢測

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，plc的輸入、輸出信號和內(nèi)部的信號相互之間存在著確定的關(guān)系，如果出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，可以用指示燈或者人機(jī)界面顯示出故障信號，并通過用戶程序?qū)收咸幚怼?/p>

5.3超時(shí)檢測

機(jī)械設(shè)備在各工步的動作所需的時(shí)間一般是不變的，即使變化也不會太大。在plc發(fā)出某個(gè)輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動作時(shí)，啟動一個(gè)定時(shí)器監(jiān)視該步的動作是否按時(shí)完成。定時(shí)器的設(shè)定值比正常情況下該動作的持續(xù)時(shí)間長一些。

6.結(jié)語

隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，如何高效可靠地使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

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