PLC控制系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)中的故障診斷及處理研究

趙維坤　劉歡

摘要：利用PLC控制系統(tǒng)具備的編程簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)PLC控制系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)中的故障診斷及處理進(jìn)行了研究。通過(guò)構(gòu)建基于PLC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀框架，利用PLC控制系統(tǒng)對(duì)分揀信息的層次劃分，識(shí)別故障信息，同時(shí)做出報(bào)警顯示。根據(jù)行李傳送過(guò)程中出現(xiàn)的故障和系統(tǒng)自身輸入模塊故障，提出了對(duì)應(yīng)的處理方法，提高了機(jī)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng);機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng);故障診斷

0 引言

任何系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)故障，在機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)工作過(guò)程中，各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行故障如果無(wú)法及時(shí)解決，可能會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益造成影響，因此設(shè)備故障診斷是一項(xiàng)十分重要的研究?jī)?nèi)容。PLC控制系統(tǒng)具備編程簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、圖像顯示以及智能化數(shù)據(jù)信息處理等功能，因此在各領(lǐng)域中常被用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控?；诖?，本文結(jié)合PLC控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備的維護(hù)保障條件，對(duì)機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)中的故障診斷及處理進(jìn)行了研究。

1 基于PLC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)故障診斷

1.1? ? 構(gòu)建基于PLC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀框架

本文設(shè)計(jì)的機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)信息采集技術(shù)需要應(yīng)用基于PLC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)信息采集框架，以便實(shí)現(xiàn)后續(xù)采集服務(wù)管理?；赑LC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)信息采集框架是當(dāng)前分揀信息提取和傳輸?shù)暮诵膽?yīng)用框架，其本質(zhì)是一套完整的數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)搭配和數(shù)據(jù)處理集合框架，后續(xù)所有的開(kāi)發(fā)任務(wù)均離不開(kāi)當(dāng)前信息框架。

當(dāng)機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，采用PLC控制系統(tǒng)在監(jiān)控程序中的診斷程序?qū)ζ溥M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用PLC控制系統(tǒng)的這一功能，及時(shí)找出故障點(diǎn)位置、故障部位，從而快速更換備件，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2? ? 利用PLC控制系統(tǒng)對(duì)分揀信息進(jìn)行層次劃分

本文在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域，用于對(duì)分揀系統(tǒng)的分揀狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的位置狀態(tài)應(yīng)為“1”，當(dāng)故障問(wèn)題清除后，該位置狀態(tài)變?yōu)椤?”。在PLC中設(shè)置一個(gè)故障位置，當(dāng)分揀系統(tǒng)某一處出現(xiàn)故障時(shí)，則總故障位置的狀態(tài)變?yōu)椤?”，待故障消除后，總故障位置的狀態(tài)變?yōu)椤?”。圖1為PLC對(duì)故障信息診斷的具體流程圖。

在分揀系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，PLC只對(duì)總故障位的狀態(tài)進(jìn)行讀取，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，再對(duì)整個(gè)故障數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行讀取，再通過(guò)計(jì)算，確定故障位置的序號(hào)。

根據(jù)分揀系統(tǒng)的主要故障表現(xiàn)，PLC對(duì)故障信息的層次劃分為3個(gè)等級(jí)：第一等級(jí)為系統(tǒng)總故障，第二等級(jí)為系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備故障，第三等級(jí)為系統(tǒng)內(nèi)部元器件故障。其中，第三等級(jí)中的元器件屬于不可分故障，當(dāng)元器件出現(xiàn)故障時(shí)，將第一時(shí)間觸發(fā)第二等級(jí)故障，而第二等級(jí)故障又將導(dǎo)致包含該設(shè)備的運(yùn)行流程出現(xiàn)故障。第一等級(jí)故障是由于分揀系統(tǒng)中的所有設(shè)備故障所導(dǎo)致的，假設(shè)在機(jī)場(chǎng)分揀系統(tǒng)中，共包含兩條行李傳送線，而各設(shè)備故障引發(fā)的第一等級(jí)故障可用下述公式表示：

式中，P表示第一等級(jí)故障矩陣;X表示系統(tǒng)故障矩陣，X中的元素xij取值為1或0，表示對(duì)應(yīng)的設(shè)備造成的第一等級(jí)故障問(wèn)題發(fā)生與否;V表示引發(fā)系統(tǒng)故障的第二等級(jí)故障矩陣。通過(guò)上述公式計(jì)算可判斷分揀系統(tǒng)是哪一等級(jí)出現(xiàn)故障。

1.3? ? 故障診斷及報(bào)警顯示

由于機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)的每一項(xiàng)循環(huán)工作中各個(gè)工步的運(yùn)動(dòng)都需要一定的時(shí)間執(zhí)行，同時(shí)運(yùn)行時(shí)間也存在限制，因此本文選擇將其運(yùn)行時(shí)間參數(shù)作為診斷系統(tǒng)故障的信息之一。當(dāng)分揀系統(tǒng)的工步動(dòng)作開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，利用PLC控制系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)裝置，設(shè)置定時(shí)裝置比正常分揀系統(tǒng)所需時(shí)間長(zhǎng)15%～25%，將定時(shí)器發(fā)出的輸出信號(hào)作為故障診斷的報(bào)警、顯示及自動(dòng)停機(jī)裝置的輸入信號(hào)。當(dāng)分揀系統(tǒng)的某項(xiàng)動(dòng)作時(shí)間超出了規(guī)定范圍，而定時(shí)器裝置的預(yù)設(shè)時(shí)間還未達(dá)到時(shí)，定時(shí)器發(fā)出故障信號(hào)。通過(guò)該信號(hào)可暫停正在運(yùn)行過(guò)程中的工作循環(huán)程序，并同時(shí)啟動(dòng)執(zhí)行報(bào)警和顯示程序。圖2為機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)故障檢測(cè)程序。

其次，在分揀系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，系統(tǒng)中的各項(xiàng)輸入、輸出信號(hào)以及中間記憶裝置都存在相互的邏輯關(guān)系。因此當(dāng)分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，正常的邏輯關(guān)系會(huì)受到破壞，進(jìn)而產(chǎn)生異常邏輯關(guān)系。因此，本文選用將邏輯錯(cuò)誤作為診斷系統(tǒng)故障的信息之一。在診斷前，事先將可能出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的程序添加到用戶(hù)程序中，一旦這種錯(cuò)誤的邏輯關(guān)系出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)為“1”，則說(shuō)明分揀系統(tǒng)出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的故障，將邏輯錯(cuò)誤的狀態(tài)輸出作為分揀系統(tǒng)的故障信號(hào)，用于對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警和顯示。在實(shí)際的機(jī)場(chǎng)行李分揀過(guò)程中，系統(tǒng)出現(xiàn)的故障主要表現(xiàn)為：電機(jī)過(guò)載、行李超長(zhǎng)、行李堵塞、皮帶偏離等。當(dāng)機(jī)場(chǎng)行李分揀時(shí)主傳送帶內(nèi)有行李通過(guò)時(shí)，后方等待分揀的行李應(yīng)當(dāng)停止向主傳送帶傳輸行李，即主傳送帶位置上的光眼狀態(tài)為“1”時(shí)，電機(jī)的啟動(dòng)接觸設(shè)備應(yīng)當(dāng)處于斷開(kāi)的狀態(tài)，而不能是接通的狀態(tài)。若在這一過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的條件，則說(shuō)明邏輯關(guān)系出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警。

在上位監(jiān)控PLC中，建立一個(gè)用于存儲(chǔ)PLC控制系統(tǒng)終端狀態(tài)的存儲(chǔ)空間。將PLC控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口狀態(tài)值讀取到程序當(dāng)中，對(duì)不同的故障類(lèi)型設(shè)置對(duì)應(yīng)的編號(hào)，如表1所示。

表1中的映射關(guān)系與PLC控制系統(tǒng)終端的刷新時(shí)間可通過(guò)人為進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)定刷新時(shí)間為5 min，將分揀系統(tǒng)故障信號(hào)映射到各個(gè)連續(xù)的分區(qū)中，再對(duì)計(jì)算機(jī)接口中的數(shù)值一次性讀取，得到公式（2）中的X矩陣，若矩陣中某一行的數(shù)值為“1”，則將該組序號(hào)取出，并與表1中的對(duì)應(yīng)故障類(lèi)型進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀系統(tǒng)故障診斷的識(shí)別。

對(duì)于故障診斷內(nèi)容的報(bào)警和顯示，可通過(guò)在模擬屏中的故障點(diǎn)相應(yīng)位置安裝紅色二極管，并利用LED管顯示出對(duì)應(yīng)的編號(hào)。當(dāng)分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，二極管開(kāi)始發(fā)光，并對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警。

2 機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)故障處理

2.1? ? 行李傳送過(guò)程中的故障處理

機(jī)場(chǎng)行李傳送過(guò)程中可能導(dǎo)致分揀系統(tǒng)出現(xiàn)的故障包括：行李堵塞傳送通道、電機(jī)過(guò)載、電機(jī)啟動(dòng)時(shí)觸發(fā)接觸器、皮帶偏離原始軌跡、行李過(guò)長(zhǎng)或過(guò)高。針對(duì)這些故障的處理方法為：當(dāng)電機(jī)過(guò)載時(shí)，利用熱繼電器保護(hù)裝置動(dòng)作，將電機(jī)的工作電源切斷，保護(hù)電機(jī);對(duì)于皮帶偏離原始軌跡問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在傳送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾以及常出現(xiàn)跑偏的位置安裝保護(hù)裝置，保證皮帶的水平移動(dòng);對(duì)于行李堵塞傳送通道、行李過(guò)長(zhǎng)或過(guò)高問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在通道上設(shè)定定時(shí)器和光眼，判斷通道內(nèi)行李的具體位置及大小，從而及時(shí)減少通道內(nèi)的行李，并對(duì)過(guò)長(zhǎng)或過(guò)高的行李調(diào)整其位置。

2.2? ? 機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)輸入模塊的故障處理

行李分揀系統(tǒng)自身輸入模塊中的故障包括信息數(shù)據(jù)不顯示、系統(tǒng)斷開(kāi)或無(wú)法正常關(guān)閉、系統(tǒng)外接繼電器無(wú)法接通、對(duì)應(yīng)顯示燈不亮等。信息數(shù)據(jù)不顯示可能出現(xiàn)的原因?yàn)檩斎肽K供電異常、輸入點(diǎn)連接不到位、連接器接觸不良等。針對(duì)這一問(wèn)題可通過(guò)檢測(cè)供電線路及供電設(shè)備、加固端子并嘗試重新連接解決。系統(tǒng)斷開(kāi)或無(wú)法正常關(guān)閉可能出現(xiàn)的原因?yàn)檩斎肽K回路出現(xiàn)短路或斷路現(xiàn)象。通過(guò)檢測(cè)線路或直接更換輸入單元即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該故障的處理。系統(tǒng)外接繼電器無(wú)法接通的原因?yàn)檩斎肽K光電開(kāi)關(guān)故障、外接設(shè)備與系統(tǒng)本身之間的連接線路故障、傳送機(jī)底板連接器接觸不良等。針對(duì)這一問(wèn)題可通過(guò)檢查輸入模塊線路、加固端子并嘗試重新連接處理。對(duì)應(yīng)顯示燈不亮的原因?yàn)轱@示燈故障，可直接通過(guò)更換顯示燈對(duì)故障進(jìn)行處理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于PLC控制系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)故障診斷方法，并針對(duì)具體故障給出了具體的處理措施，在一定程度上保證了分揀系統(tǒng)的處置效率，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)故障對(duì)機(jī)場(chǎng)行李分揀工作的影響。

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收稿日期：2020-03-03

作者簡(jiǎn)介：趙維坤（1983—），男，云南永善人，工程師，從事機(jī)場(chǎng)行李分揀系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作。