PLC控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)

一、引言

　　近年來(lái)，隨著PLC控制器的不斷更新，其性能要求也在不斷提高，面對(duì)新的要求，PLC可控編程系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)也需要不斷完善，尤其是面對(duì)新設(shè)備時(shí)，準(zhǔn)確的判斷故障并進(jìn)行有效的控制對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有著重要的意義。

　　二、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及故障診斷的任務(wù)

　?。ㄒ唬┛刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)及故障類型

　　PLC控制系統(tǒng)由一下幾部分組成，主要是被控對(duì)象、傳感器、控制器和執(zhí)行器四部分組成，而這四部分當(dāng)中又分為電子、機(jī)械、軟件和其它的因素，是具有典型性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。針對(duì)于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，那么在組成控制系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)中都有可能發(fā)生故障，但是從整體上可以分為一下三個(gè)類型：分別是被控制對(duì)象故障，即在被控制對(duì)象中的一個(gè)子設(shè)備不能良好的發(fā)揮其功能；儀表故障，即控制系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器和計(jì)算機(jī)的相關(guān)接口發(fā)生故障；計(jì)算機(jī)軟件，即包括計(jì)算機(jī)診斷程序和控制算法程序在內(nèi)的軟件發(fā)生故障。

　?。ǘ┕收显\斷的任務(wù)

　　實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的故障診斷任務(wù)，可以按照由低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的程序進(jìn)行故障的發(fā)現(xiàn)，一般從以下四個(gè)方面進(jìn)行完成：1、故障建模。具體指按照先驗(yàn)信息和輸入輸出之間的關(guān)系，逐步建立系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型，將此作為故障檢測(cè)和診斷的依據(jù)。2、故障檢測(cè)。故障檢測(cè)可以從可測(cè)或者不可測(cè)的估計(jì)變量中，去努力判斷運(yùn)行的系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)生故障，如果系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。3、故障的分離。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，首選要給出故障源頭的位置，進(jìn)而區(qū)別故障原因到底來(lái)自執(zhí)行器、傳感器還是被控對(duì)象。4、故障分類、評(píng)價(jià)和決策。當(dāng)準(zhǔn)確判斷故障之后，要深入分析故障存在的嚴(yán)重程度、還有就是系統(tǒng)的影響和發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)不同的情況來(lái)進(jìn)一步采取不同的措施。

　　三、PLC控制系統(tǒng)的故障分布

　　對(duì)于控制系統(tǒng)故障的早期診斷對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義，為了縮短早期故障期，進(jìn)一步延長(zhǎng)隨機(jī)故障期，推遲耗損故障期的到來(lái)，我們一般會(huì)采用的方法，在體統(tǒng)設(shè)計(jì)伊始就采取一定的措施，在耗損故障期到來(lái)之前，首先更換進(jìn)入耗損期故障的元器件。當(dāng)然，為了更好的找到故障的位置，做好上述工作，首先對(duì)于故障分布的部位進(jìn)行相當(dāng)?shù)氖煜?。故障的分布一般如下?/p>

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　　控制系統(tǒng)的外部故障具體指在實(shí)際工作過(guò)程中直接聯(lián)系的各種開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器和負(fù)載等設(shè)備。這部分設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)候，一般會(huì)直接影響系統(tǒng)的相關(guān)控制功能，產(chǎn)生故障的原因一般是設(shè)備本身存在質(zhì)量問(wèn)題或者是設(shè)別壽命的原因。

　　（二）系統(tǒng)故障

　　系統(tǒng)故障是系統(tǒng)運(yùn)行的全局性故障。系統(tǒng)故障分為固定性故障和偶然性故障。偶然性故障指故障發(fā)生后，可重新啟動(dòng)使系統(tǒng)恢復(fù)正常；定性故障指的是故障發(fā)生后，重新啟動(dòng)不能恢復(fù)而需要更換硬件或軟件，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常。固定性故障一般由系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或系統(tǒng)運(yùn)行年數(shù)較長(zhǎng)所致。

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　　在控制系統(tǒng)中硬件故障主要指系統(tǒng)的模板損壞而帶來(lái)的故障問(wèn)題，這種故障一般情況下表現(xiàn)明顯，而且影響起來(lái)也是局部，導(dǎo)致這種問(wèn)題的原因是設(shè)備在使用過(guò)程中使用時(shí)間較長(zhǎng)，模板的元件老化而造成的。

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　　軟件故障是軟件本身所包含的錯(cuò)誤所引起的，主要是軟件設(shè)計(jì)考慮不周，在招待中一旦條件滿足就會(huì)引發(fā)。圖1列出了PLC控制系統(tǒng)的故障分布情況。由圖2中知, 在系統(tǒng)總故障中，只有5% 的故障發(fā)生在PLC中，這說(shuō)明PLC本身的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部設(shè)備的可靠性。PLC的5%故障中，90%的故障發(fā)生在FO模板中，只有10% 的故障發(fā)生在控制器中，也就是說(shuō)，發(fā)生在PLC的CPU、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線和電源中的故障只占系統(tǒng)全部故障的5% ，而發(fā)生在FO模板中的故障也只占系統(tǒng)全部故障的5%。

　　四、PLC控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障診斷方法

　?。ㄒ唬㏄LC 控制系統(tǒng)故障的宏觀診斷

　　故障的宏觀診斷就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來(lái)確定故障的部位和原因。PLC 控制系統(tǒng)的故障宏觀診斷方法如下：

　　1、是否為使用不當(dāng)引起的故障，如屬于這類故障，則根據(jù)使用情況可初步判斷出故障類型、發(fā)生部位。常見(jiàn)的使用不當(dāng)包括供電電源故障、端子接線故障、模板安裝故障、現(xiàn)場(chǎng)操作故障等。

　　2、如果不是使用故障，則可能是偶然性故障或系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)所引發(fā)的故障。對(duì)于這類故障可按PLC 的故障分布，依次檢查、判斷故障。首先檢查與實(shí)際過(guò)程相連的傳感器、檢測(cè)開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載是否有故障；然后檢查PLC 的I/O 模板是否有故障；最后檢查PLC 的CPU 是否有故障。

　　3、采取上述步驟還檢查不出故障部位和原因，則可能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，此時(shí)要重新檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

　　（二）PLC 控制系統(tǒng)故障的微觀診斷

　　1、電源故障

　　PLC 最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)和系統(tǒng)總線。電源在連續(xù)工作中，電壓和電流的波動(dòng)沖擊是不可避免的。PLC 的電源輸入前端應(yīng)加隔離變壓器，某些場(chǎng)合，可同時(shí)采用加隔離變壓器和低通濾波器的方法，抑制來(lái)自電網(wǎng)的干擾與沖擊。變壓器二次連接線應(yīng)采用雙絞線，同時(shí)加裝降溫措施，并定期除塵。系統(tǒng)總線的損壞主要出現(xiàn)在模塊式PLC 上。模塊式PLC 多為插件結(jié)構(gòu)，經(jīng)常插拔模塊會(huì)造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞。在環(huán)境溫度、濕度的影響下，總線印刷線路的老化、接觸點(diǎn)的氧化等都是系統(tǒng)總線損壞的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和處理系統(tǒng)故障時(shí)，要考慮到空氣、塵埃、腐蝕等因素對(duì)設(shè)備的破壞。外界環(huán)境干擾也是造成PLC 系統(tǒng)故障的重要原因，因此電源、傳感器、儀表等布線應(yīng)盡量與動(dòng)力電纜分開(kāi)敷設(shè)， 特別要遠(yuǎn)離高干擾的變頻器輸出電纜，并將PLC 規(guī)范接地。如果硬件上不能抑制干擾，也可以借助軟件編程，如利用PLC 軟元件里的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等。

　　2、CPU故障處理

　　CPU故障的主要表現(xiàn)是CPU單元停機(jī)或者是RUN_LED燈不亮。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由以下幾個(gè)原因造成的：一是噪聲干擾，電源異常無(wú)法正常工作。二是CPU控制程序出現(xiàn)錯(cuò)誤或者是丟失。三是CPU內(nèi)部總線上的電元器件產(chǎn)生故障或者是總線線路產(chǎn)生故障。四是微處理故障。針對(duì)CPU故障的處理，首先要根據(jù)新疆地區(qū)PLC控制的實(shí)際情況來(lái)分析故障原因。如果是噪聲干擾造成的故障，則需要重啟CPU或者是重新上電。如果控制程序出現(xiàn)了錯(cuò)誤，就是要及時(shí)修改或者是重新裝載程序。當(dāng)內(nèi)部總線出現(xiàn)問(wèn)題，處理的措施一般都是要更換故障單元或者是要重新布置線路。微處理故障是核心故障，出現(xiàn)這種故障就要更換CPU了。

　　3、輸入輸出故障

　　輸入輸出故障可以從兩個(gè)角度來(lái)考率。一是輸入故障。二是輸出故障。把兩者分開(kāi)來(lái)予以論述。輸入故障。輸入故障的主要表現(xiàn)是PLC控制器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的輸入全部不接通，輸入斷電、關(guān)斷等現(xiàn)象。針對(duì)輸入故障的處理，如果是斷電了的話，要檢查回路，如果是回路問(wèn)題要及時(shí)修改回路。輸入全部不接通有可能是電壓過(guò)低造成的，這時(shí)就要輸入額定電壓。輸出故障的表現(xiàn)是整個(gè)模塊輸出不接通或者是整個(gè)模塊全部不關(guān)斷等現(xiàn)象。針對(duì)這些現(xiàn)象的處理，要根據(jù)故障原因的不同來(lái)分別處理。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　總之，PLC控制系統(tǒng)不是零散的存在，而是一個(gè)完整的系統(tǒng)，因此在考慮故障診斷時(shí)也要綜合各種因素，從不同角度進(jìn)行深入分析，只有熟練的運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)自身的診斷功能，及其編程軟件的在線監(jiān)控等多方面的技術(shù)手段，才能準(zhǔn)確的掌握故障診斷信息，進(jìn)而進(jìn)行有效的診斷，從而降低故障診斷失誤而造成的損失，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率.