自動控制中一種故障檢測與報警的方法

胡明國（天津炬聯眾慧科技有限公司，天津　301700）

自動控制中一種故障檢測與報警的方法

胡明國
（天津炬聯眾慧科技有限公司，天津301700）

本文以西門子S7-200PLC為例介紹了一種故障檢測、報警程序的實現方案，可以遷移到其它類型的PLC上，給生產過程提設備保護和支持。

故障檢測；報警；PLC

1　需求分析

生產過程會遇到各種故障，這時要及時采取措施并通知操作員，保護人員和設備安全。故障檢測與報警通常要實現下列功能：

（1）檢測各種故障；（2）檢測到故障后，聲光報警，并給出故障指示；（3）報警后，操作員可消音、確認故障。消音有時效，消音時間過后，如果故障未消除，重新啟動報警器；如果故障全部消除，不啟動報警器；（4）消音期間有新故障產生，即使消音時間未到，也要啟動報警器；（5）按復位按鈕，清除所有報警標志位。

2　解決方案

建立故障檢測和故障處理兩個子程序，用上位機界面或觸摸屏顯示故障信息。

2.1故障檢測子程序

主程序每個周期調用故障檢測子程序，檢測故障并處理故障的報警標志位，不同的故障對應不同的報警標志位。

由故障數量確定報警標志位集中存放到一個或幾個字中。比如開辟MD22為故障存儲區，1個雙字共32位，可存放32個故障；開辟VD22為故障暫存區。故障存儲區與故障暫存區的大小要相同。

輸入的故障信號要做濾波，有硬件、軟件濾波兩種方法。

（1）硬件濾波。軟件STEP 7MicroWIN SP6左側點擊“系統塊”，在“系統塊”對話框的左側，點擊“輸入濾波器”在“數字量”和“模擬量”選項卡，可以設置數字量和模擬量的輸入濾波延時。

圖1

（2）軟件濾波。使用定時器實現軟件濾波功能。設定定時器的預設時間，比如20ms。當輸入信號接通時，定時器開始計時。到達預設時間后，如果該輸入信號仍為接通，置位標志位（注意何時復位）。如果輸入信號不能持續20ms，那么認為該信號無效。這樣可去除信號中瞬時脈沖干擾信號。

2.2故障指示

觸摸屏或上位機界面顯示故障信息：可用不同顏色顯示故障狀態，比如故障進入、故障消失、故障被確認；哪個操作員確認等。

圖2

2.3故障處理子程序

主程序每周期調用故障處理子程序，對報警、消音、復位進行處理。

如果MD22不等于0，且消音標志位不為1，表示有故障發生且未消音：報警器輸出，提示操作員有故障發生。

按下消音按鈕，置位消音標志位。利用消音標志位的上升沿將MD22存放到VD22。

每個掃描周期比較MD22和VD22，如果不相等，表示有新的故障產生：復位消音標志位。使用故障暫存區很巧妙，避免了用所有報警標志位的上升沿復位消音標志位；在程序擴展（加入新的故障）也不易遺漏出錯。

按下復位按鈕，MD22和VD22清零。使用復位按鈕前，須先將各個故障采取相應的措施消除掉。故障消失時，程序不宜自動將其報警標志位復位，最好由操作員確認。

消音時啟動定時器，消音時間到后復位消音標志位。分配1個內存字保存消音時間，通過觸摸屏或人機界面可以更改其值。

當MD22=0，復位消音標志位。

2.4故障分類

故障分為一般故障、嚴重故障和停機故障。

一般故障只報警不停機；比如溫度超過限定值。

嚴重故障需要報警、部分設備停止。比如小車的行走電機碰到正轉極限限位時，必須立即停止正轉。注意，這時它反轉還是允許的。注意系統兼顧靈活性和實用功能。

停機故障將導致系統整體停機。比如按下急停按鈕、重要設備過熱跳閘、蒸汽壓力極高。

2.5系統改進

可以在一些細節上做些細微改進，使系統更友好，體現作為軟件提供方的服務意識。

（1）在故障指示畫面中給出故障代碼，可依此代碼從系統幫助或說明書中查看故障詳細信息、排除方法等。

（2）加試報警燈、試報警鈴按鈕，定期檢查報警燈、鈴是否工作正常。

靈活使用試報警燈、鈴按鈕：手動啟動機器前，可先按試燈、鈴按鈕，警告人員離開機器活動范圍。

（3）對歷史故障信息進行記錄。通過歷史故障可以查出過去什么時間發生過哪些故障，相當于故障分析的黑匣子，依次制定、采取相應措施。歷史故障信息可以記錄到人機界面軟件，也可以直接寫到PLC的數據保持存儲器里，以保護信息長期不丟失。

3　需要注意的事項

（1）無論手動還是自動，故障檢測與報警均應起效。

（2）檢測到故障后，如果系統運行，啟動報警器；如果系統停車，不應啟動報警器，只給出故障指示?？梢杂靡粋€運行標志位來區分運行還是停車。

（3）要考慮故障信號何時有效。比如溫度被加熱到某值需要一定時間，在系統未啟動或啟動不久時，溫度就可能不在設定的范圍內，但此時屬于正常的升溫過程，不屬溫度超限或超報警值故障，不需報警和停車，只在故障指示中給出顯示即可。

針對這種情況，可參考下面兩種解決方案：1）報警參數采用絕對數值：在升溫、降溫過程中，不斷調整上下限和高低報警值。這增加了操作員的工作量；2）報警參數采用相對數值：設定值由程序按溫度曲線和時間自動浮動設定，在設定值的基礎上確定上下限和高低報警值。這需要一條合理的溫度曲線。

（4）嚴重故障發生后，即使是停機故障也不一定要復位全部輸出。比如使用氣動電磁閥控制夾頭，發生嚴重故障時，不能復位夾坯電磁閥輸出，否則，夾頭里的產品將掉落。但若功能和安全發生沖突，首先保證人員安全。

4　結論

故障檢測與報警在工業應用中必不可少，本文介紹了一種靈活、簡便的實現思路，并且可以遷移應用到其它類型的PLC中。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.182