控制系統的故障自診斷及PID技術應用

于魯南

（山東冶金機械廠，山東 淄博 255064）

控制系統的故障自診斷及PID技術應用

于魯南

（山東冶金機械廠，山東 淄博 255064）

將原有燒結控制系統劃整為2個大的系統循環，進行系統的升級改造，運用S7－GRPAH編程語言來編寫系統故障自診斷程序，提高設備的使用效率，減少停機滯工時間，減輕相關工作人員的勞動強度；運用STEP-7 PID功能軟件包，結合工控組態軟件人機界面，形成自動調諧輔助面板，為PID控制技術應用和現場調試提供方便平臺。

故障自診斷；S7－GRAPH編程；PID控制系統；軟件包

1 前言

為了提高產品附加值的競爭能力，滿足部分客戶企業的更高、更新的技術要求，對以S7-200 PLC為控制主體的平面循環燒結控制系統進行升級改造，其中原系統數字開關量構成了其基礎自動控制級的主體，往往由于某一DI/DO數字開關量的錯誤故障，導致所屬驅動設備的停滯運行，進而影響整個在線生產環節的有序進行，這樣控制系統的故障錯誤能否得到快速診斷，便成為影響企業生產是否正常的瓶頸和重點。

而對于所有表征AI/AO等形式物理模擬量，它從屬主控室和風機房2個區域管轄范圍，原系統只包括燒結廢氣總管溫度、壓力等在內的12項主控室儀表數據進入工控組態畫面；其他則主要依靠通過配置現場儀表實施具體數據的動態顯示、報警。新系統則將燒結和冷卻兩段在內的風箱溫度和壓力等數據以及風機房所屬的全部模擬量數據，都通過主、從站分布形式，以Profibus現場總線和以太網的信息傳輸方式，一并進入系統控制組態畫面，從而實現了遠程數據的信息共享。對于點火燃燒控制，在人機交互界面中增設具有PID自動調諧控制面板形式的窗口輔助，促使PID調節過程的參數確定和調試速度得到質的加快。

2 故障自診斷技術

針對客戶企業對平面步進式循環燒結控制系統升級提高要求，將原有控制系統的3個液壓驅動、4個變頻控制環節的控制運行過程（推車行走、卸料翻車、上下回翻、混合布料、翻車行進、回車往返、遷車驅使）劃分位以遷車驅使和翻車行進為主的前后2個大的系統循環，形成具有各自獨立運行控制，又彼此相互關聯，兼備嚴格準則邏輯時序的系統。根據以往經驗，大多數電氣故障都與開關量接點有關，諸如電磁閥、繼電器、限位、開關、按鈕等，如果僅從故障的現象上分析，又和機械部分有著千絲萬縷的聯系。電氣故障修理容易判斷難，為有效提高電氣故障的診斷效率，減少在線設備停機滯工時間，確定實施以S7-GRATH為編程模式，以故障自我診斷為目的，進行系統升級改造。因S7-GRATH軟件隸屬于STEP-7編程軟件的一個選項包，以圖形界面為編程方式，可同時開展若干個順控器流程，以FB塊的形式實施程序調用，以DB庫的形式附屬背景數據。程序可依照S7-GRATH順序功能圖的要求規則，根據生產工藝順序的前后連貫特征，逐一分解成相應動作的執行步序，再對每一步序賦予不同輸出功能的相關命令，使其完成和達到相應控制的輸出結果。程序的關鍵是須將每一故障出現可能所代表的開關量信號，以與（或并）的形式作為其相應步序轉換的條件依據，編寫相應分支、跳轉、合并等功能的邏輯轉向，再逐一對所有故障可能的步序時間設置監控。

若程序在正常的監控時段內，能夠完成并通過的步序，就說明其相應開關量信號沒有錯誤故障發生，否則程序停滯不前，這樣可能便是系統故障問題的所在。再通過運用工控組態軟件的畫面組態，屏幕出現故障信息類碼的提示，以輔助的形式幫助操作者和維修人員達到故障的快速診斷目的。

另外，對于硬件中斷、機架故障、電源故障、尋址故障、診斷中斷、熱插拔、異/同步程序訪問等可能的通訊和硬件配置故障，編程人員對所編寫的應用程序，應附著添加編寫諸如OB82、OB86、OB121、OB122等相應組織塊中斷程序，避免系統一旦出現類似故障，便可能導致CPU產生直接停機而使整個在線設備陸續停運的異常狀況。

3 PID技術

PID控制、模糊控制、神經網絡控制是過程控制環節所采用和實施閉環調節的有效手段，其中PID控制最為常用。PID調節控制就是根據過程環節的誤差，利用比例、積分、微分計算出閉環回路控制量的輸出成分。其執行的過程是用給定值sp（n）與反饋量pv（n）比較產生誤差量ev（n），經PID控制器的運算處理后輸出mv（n）數字量控制執行機構，進而影響被控對象變量，再經測量元件，產生新的反饋變量pv（n）。通過由采樣參數所決定的間隔時間周期，周而復始的執行比較、計算（PID）、輸出、反饋等一系列過程，達到穩定被控對象的變量變化。

S7-300 PLC控制系統有PID專用調節模塊和特殊功能軟件包兩者不同形式，而控制技術類型也分連續（FB41）、步進（FB42）、脈沖（FB43）等不同的輸出模式。為減少節省調試時間，結合工控組態軟件的畫面功能，利用友好人機界面交互方式，開發設計了PID曲線參數自動調諧組態畫面。通過不同棒狀填充顏色顯示控制設定和反饋變量大小，利用動態曲線與時間坐標來控制輸出變量的變化軌跡，給予控制參數修改窗口，不斷比較反饋控制效果，來回滑動表尺坐標，定位變量波動幅度高低，瀏覽數據文本信息，獲取狀態變化實時反響。總之借助該面板窗口的使用，可使整個PID閉環調節過程直觀、形象、方便、快捷。

除了在控制程序中正確添寫PID軟件控制包控制參數外，在OB100組織塊程序中設置階躍跳變信號COM_RST，以便實施PID應用程序的系統重啟；利用OB35組織塊實施程序循環掃描，便于PID控制程序的周期執行，運用整型數據作為其時間參數字符的格式輸入。

4 結語

運用S7－GRPAH順序功能圖語言來編寫系統故障自診斷程序，有其獨到的優勢和特色，通過人機界面中相關類碼的錯誤提示，很多故障在沒有專業維修人員的幫助下就可自己解決，提高設備的使用效率，減少停機滯工時間，減輕工作人員勞動強度。

PID控制技術也已成為衡量控制系統自動化技術應用水平高低的重要標志，通過運用STEP-7 PID功能軟件包，結合工控組態軟件人機界面，形成參數自動調諧輔助控制面板，為PID控制技術應用和現場調試提供便利。

TP27

B

1004-4620（2011）04-0077-02

2011-04-15

于魯南，男，1958年生，山東冶金機械廠自動化工程公司工程師，從事電氣技術設計開發工作。