PLC控制系統及故障診斷

攀鋼集團成都鋼釩有限責任公司 四川成都

摘要：PLC控制系統一旦出現故障，會引起整個系統的故障，因此，必須控制故障的發生。本文主要分析了PLC的特點及工作原理以及PLC控制系統的故障診斷及處理。

關鍵詞：PLC；應用；故障檢測；診斷

1.引言

由于PLC控制系統具有抗干擾性強、操作靈活、運行可靠、適應性強等優點，在各個控制領域中得到廣泛的應用。PLC控制系統本身的故障率較低，運行較為可靠，但是當PLC控制系統操作不當、疏忽維護或者處理較為惡劣的環境時，就會出現故障。但是PLC不是一個獨立工作的系統，是由多個控制設備組合而成的，所以給故障診斷帶來了很大的難度。所以，技術人員必須加強對PLC控制系統的維護工作，提高PLC 控制系統的故障診斷技術，以保證PLC控制系統的安全、可靠運行。

2.可編程控制器（PLC）的特點

2.1具有較強的可靠性

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的抗干擾技術，使其內部的各個環節均具有較強的抗外界干擾的能力。此外，可編程控制器PLC采用一種內部設備故障自檢技術，當PLC在執行指令任務時，出現了故障系統會立即發現，并提示工作人員馬上進行修復，使可編程控制器PLC在實際應用中具有較強的可靠性。

2.2體積小巧

可編程控制器PLC就是一個存儲模塊，體積十分的狹小，底部尺寸不超過10CM，還不如一個手機大，而重量十分的輕便，不超過150g，同樣還不如一個普通手機沉。由于體積小巧，非常便于安裝到工業機器中，有利于機電一體化的發展。

2.3低耗能

可編程控制器PLC采用了先進的節能技術，使其每小時功耗不超過數瓦，非常適合節能減排的現代化工業發展進程。

2.4邏輯性簡單便于改造和維護

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

2.5普遍性較強

由于可編程控制器具有許多優點，因此目前被普遍應用于工業生產的各個領域之中，主要包括：鋼鐵、煤礦、石油、化工、電力、建材、機械、交通運輸等，利用PLC技術廣泛涉足于：工業的過程控制、設備的運行控制、集成數據規模性控制、通信數字互聯網技術、開關量邏輯控制等。

3.PLC的工作原理

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

4.PLC控制系統的應用

當前，PLC已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等行業：

4.1 開關量邏輯控制

取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

4.2 工業過程控制

工業生產中存在一些溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量，PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的一種調節方法。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用。

4.3 運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.4 數據處理

PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

4.5 通信及聯網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

5.PLC控制系統故障檢測與診斷

大量的工程實踐證明，plc外部的輸入元件與輸出元件，例如限位開關、電磁閥、接觸器等故障率遠遠高于plc本身的故障率，而這些元件出現故障時，plc一般不會覺察出來，不會自動停機，可能會使故障擴大，直至強電保護裝置動作后停機，有時會造成設備和人身事故。停機后，查找故障也要花費很多時間。為了及時發現故障，在沒有釀成事故之前自動停機和報警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可以用梯形圖程序實現故障的自診斷和自處理，例如自動停機或用指示燈，人機界面顯示報警信息等。

5.1設計完善的故障報警系統

在自動控制系統的設計中應設計3級故障顯示報警系統，1級設置在控制現場各控制柜面板，用指示燈指示設備正常運行和故障情況，當設備正常運行時對應指示燈亮，當該設備運行有故障時指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設備工作情況，專門設置了故障復位燈測試按鈕，系統運行任何時間持續按該按鈕3s，所有指示燈應全部點亮，如果這時有指示等不亮說明該指示燈已壞，應立即更換，該按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態顯示設備工作狀態。

5.2邏輯錯誤檢測

在系統正常運行時，plc的輸入、輸出信號和內部的信號相互之間存在著確定的關系，如果出現異常的邏輯信號，則說明出現了故障。因此可以編制一些常見故障的異常邏輯關系，可以用指示燈或者人機界面顯示出故障信號，并通過用戶程序對故障處理。

5.3超時檢測

機械設備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大。在plc發出某個輸出信號，相應的外部執行機構開始動作時，啟動一個定時器監視該步的動作是否按時完成。定時器的設定值比正常情況下該動作的持續時間長一些。

6.結語

隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠地使用PLC也成為其發展的重要因素。21世紀，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用。

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