可編程控制器在PTA送料控制應用中的故障處理

薛俠鳴

(中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

可編程控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種新型工業自動控制裝置[1]。它具有可靠性高、抗干擾能力強、功能完善、適應性強、編程簡單易學、使用簡單、維修方便以及體積小、質量輕、功耗低等特點。將PLC應用到精對苯二甲酸(PTA)送料控制中，設備的可靠性有了較大程度的提高，但也會出現送料系統不能正常開啟等問題，文章就投用中碰到的問題進行探討并提出解決方案。

1 PLC控制的送料系統及常見問題

1.1 PTA送料系統操作控制方式

采用PLC控制的送料系統有自動和手動2種控制方式，通常在設備出現故障時切換到手動控制。整個控制程序分為公用程序、手動控制程序和自動控制程序3部分：公用程序是在自動和手動兩種控制方式下都運行，主要用于兩種方式之間的轉換。在編寫程序時，可設P1、P2為指針，使用條件跳轉CJ指令，使手動程序和自動程序不會被同時執行[2]。跳轉程序示意見圖1。

圖1 跳轉程序示意

1.2 PTA送料工藝流程

該PTA送料系統是一種利用氣流作為輸送動力，在管道中運送粉(粒)料的技術集成系統，選用日本三菱公司FX0N-60MR小型PLC作為核心控制器。PTA氣力輸送工藝流程如圖2所示。

1-排氣閥；2-壓力變送器；3-壓力表；4-加料斗；5-進料閥；6-發送罐；7-充氣閥；8-出料閥a;9-調節閥；10-氣刀；11-儲氣罐；12-壓力表；13-減壓閥；14-調節閥；15-除塵器；16-分離器；17-上料倉；18-出料閥b

1.3 在投用過程中出現的問題

PLC投用后出現下列問題：(1)送電后切換到自動，送料設備無法正常運行；(2)從待機狀態下切換到手動，設備無法正常啟動；(3)正常送料過程中設備突然停止運行。

2 故障診斷和原因分析

2.1 故障診斷

送料系統不能正常開啟時，主要對PLC及其和外圍設備進行故障診斷。

(1)PLC的內部故障包括控制程序出錯和硬件損壞。當外部設備均處于正常狀態而系統不能啟動或故障點難以確定時，可以采用邏輯錯誤故障檢測、超時限故障檢測及首發故障診斷等方法，對運行程序或指令進行檢查。硬件故障主要靠直接觀察和現場檢測來判斷，例如檢查PLC上指示燈是否正常。若送電后“RUN”燈亮，則可認為程序無錯誤，電源線路良好，遠程輸入輸出電源接通；若運行中“POWER”燈亮，表明輸出端沒有閉合，則檢查電源回路，必要時更換微處理器(CPU)。

(2)PLC外圍設備接線一般由現場輸入、輸出信號，導線和接線端子等組成，具體如圖3所示。

圖3 外部設備接線示意

診斷一：檢查PLC信號顯示指示燈。如果輸入、輸出信號出現異常，則對照地址表去查找對應的部件。經查，由于電磁閥漏氣，造成汽缸動作不到位，導致無信號傳送。PLC檢測不到信號，程序認為不具備送料條件，故無法正常送料。

診斷二：如果輸入、輸出信號均正常，則檢查料位開關和稱量機構。通常因料位開關誤動作或稱量限位誤動作而導致信號傳送，PLC檢測到信號，程序誤認為送料己滿，故停止正常送料。

診斷三：如果輸入、輸出信號均正常、外部電氣接線無損傷，檢查發現操作按鈕松動、旋轉位置不正確，導致程序無法初始化，故停止正常送料。

2.2 故障原因分析

產生這些現象的原因可以從以下途徑進行分析：一是操作是否滿足工藝流程的要求(聯鎖/解鎖方式)；二是通過斷電重新啟動來判斷該設備的啟動和停止按鈕是否復位并一直處在保持狀態；三是通過查找輸入點的對應執行機構反饋信號，檢查PLC輸出的外部設備的啟動和停止信號是否一直處于保持狀態，否則會導致設備無法正常操作。

一般來說，PLC設備本身故障率很低，即使出現故障也可以通過自診斷檢測出來。因此就PLC控制系統故障而言，絕大部分發生在PLC的外部輸入、輸出環節和執行機構上[3]。

(1)在正常送料情況下，控制系統的各個輸入、輸出信號與內部繼電器的信號間存在一定的邏輯關系，具體如圖4所示。若邏輯程序出現錯誤，控制系統便出現故障。例如：只有排氣、進料、出料閥全部關閉，系統才能轉入自動停止狀態或自動準備停止狀態；不符合上述切換條件的話，跳轉、手動、自動等程序皆不執行，維持當前狀態。選擇自動運行方式時，程序呈自動停止狀態或自動準停狀態。符合上述切換條件的話，則轉入手動狀態，否則仍維持自動運行狀態。

圖4 系統故障檢測流程

采用邏輯錯誤故障檢測法能夠較快地排除故障。為確保送料系統正常運行，各個工步的動作必須在一定的時間內完成，超過設定時限設備會發生故障。因此根據實際投料情況，可以適當調整時限，使其與電磁閥的動作相協調。

(2)控制系統一旦出現故障就會引發多個相關故障，對此可以按照順序功能圖(見圖5)來分析，找到發生故障的順序點。

將手動/自動轉換開關扳到自動位置，則PLC控制系統根據預先編好的控制程序，對相關設備的運行進行自動控制。當控制系統給出自動運行信號后，程序呈自動停止狀態或自動準備停止狀態。若不符合切換條件，設備仍保持自動運行狀態。

自動停止狀態的確定：剛開機時的自動狀態；剛開機為手動，但是未開過進料閥即轉入自動；自動運行狀態下送料開始10 s后發送罐重力降至設定值上限以下。

自動準停止狀態的確定：手動狀態下開過進料閥后再切換至自動；自動運行的送料階段，人工按停止鈕；自動運行的送料階段，料倉到上限位。按停止鈕后，需要到送料階段方能轉到準備停止狀態。

自動運行狀態的確定：自動停止狀態或自動準備停止狀態下按運行按鈕，但當上料位模擬燈閃亮時無效。

圖5 順序功能控制

2.3 故障處理方法

(1)在程序中增加手動、自動控制的電氣互鎖功能，即排氣、進料與充氣、氣刀、出料互斥，以防止自動操作無法實現。這里主要考慮兩種情況：一是排氣閥、進料閥和出料閥打開或關閉6 s仍未到位，對應的模擬燈閃亮，同時警聲響、警燈亮(由3個氣動閥引起的報警，無論手動、自動，系統都無法繼續運行)；二是料倉料位至下限300 s時，警聲響、警燈亮。料倉料位至上限或卸料閥開啟或關閉6 s尚未到位，對應的模擬燈就會閃亮，但是不報警。

(2)定期檢查執行機構和氣源壓力。在長期使用過程中，一些限位開關位置會發生變化，探頭會被異物遮擋，直接導致開關量輸入信號出錯；氣源壓力過低同樣會引起輸入信號異常。因此送料前應檢查氣源壓力、各限位開關的位置，清理料位機探頭異物，以確保系統正常運行。

(3)更換旋風分離器。由于原來的分離器過濾芯結構簡單，容易被異物堵塞，易產生錯誤信號。更新后的分離器對過濾芯結構經過優化，增加了濾芯的反吹機構，每送完一批料就反吹一次，避免出現因異物堵塞造成送料過程中設備突然停止運行的情況。

3 結語

PTA送料系統選用三菱公司的FX系列PLC作為核心控制器，選用三菱專用的FXGP_WIN-T軟件進行編程[4]，實現了PTA送料的過程控制，能夠較方便地診斷和處理一般故障，減少了外部電路與元器件的投入，系統運行可靠、平穩。

[1] 范次猛.PLC編程與應用技術(三菱)[M].武漢：華中技術大學出版社，2012：7.

[2] 張還.三菱FX系列PLC設計與開發的原理、應用與實訓[M].北京：北京機械出版社，2009.

[3] 蒙艷玫,劉正士，何國金，等.PLC控制系統故障診斷[J].機床電器，2002，29(2)：24-28.

[4] 王文義，宓哲民,陳文軒,等.可編程控制器(PLC)原理與應用[M].北京：科學出版社，2009：69-123.