天然氣壓縮機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的故障診斷與排除方法

孫志琛，譚麗

(庫爾勒中加天然氣壓縮機(jī)技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000)

天然氣壓縮機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的故障診斷與排除方法

孫志琛，譚麗

(庫爾勒中加天然氣壓縮機(jī)技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000)

針對(duì)油田現(xiàn)場使用的天然氣壓縮機(jī)組中PLC(可編程控制器)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障，從軟件和硬件2個(gè)方面入手對(duì)其進(jìn)行了診斷，具體分析了故障現(xiàn)象與故障產(chǎn)生的原因，并提出了詳細(xì)的故障排除方法，旨在為油田增壓站天然氣壓縮機(jī)組正常運(yùn)行提供保障。

油氣田；增壓設(shè)備；天然氣壓縮機(jī)；PLC(可編程控制器)；故障；排除

從油田現(xiàn)場增壓站調(diào)查分析來看，天然氣壓縮機(jī)組PLC(可編程控制器)控制系統(tǒng)的故障大致分為CPU單元故障(5%)、I/O單元故障(15%)、系統(tǒng)布線故障(5%)、輸出設(shè)備故障(30%)和輸入設(shè)備故障(45%)這5類。在PLC本身的故障(CPU單元故障和I/O單元故障)中，大多數(shù)是由惡劣環(huán)境造成的；而余下的則是用戶使用不當(dāng)造成的。因此，對(duì)于操作PLC的人員來說，掌握診斷故障的技能和排除故障的方法非常必要。下面，筆者根據(jù)壓縮機(jī)自動(dòng)控制原理[1，2]，從軟件和硬件2個(gè)方面對(duì)Allen Bradley PLC控制系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷與排除。

1 軟件故障診斷與排除方法

1.1 停機(jī)

1)CPU異常報(bào)警而停機(jī)。CPU異常報(bào)警時(shí)，應(yīng)檢查CPU單元連接于內(nèi)部總線上的所有器件。

2)存儲(chǔ)器異常報(bào)警而停機(jī)。存儲(chǔ)器異常報(bào)警時(shí)，如果重新編程后故障現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，則可能是噪聲干擾引起程序的變化；否則就是存儲(chǔ)器損壞，應(yīng)更換存儲(chǔ)器。

3)輸入/輸出異常、擴(kuò)展單元異常報(bào)警而停機(jī)。發(fā)生這類報(bào)警時(shí)，應(yīng)首先檢查輸入/輸出單元和擴(kuò)展單元連接器的插入狀態(tài)、電纜連接狀態(tài)，確定故障發(fā)生在某單元之后，再更換單元。

1.2 程序不執(zhí)行

對(duì)于不執(zhí)行程序，一般情況下可依照輸入→程序執(zhí)行→輸出的步驟進(jìn)行檢查。

1)輸入檢查是利用輸入LED指示燈識(shí)別，或用寫入器構(gòu)成的輸入監(jiān)視器檢查。當(dāng)輸入LED不亮?xí)r，可初步確定是外部輸入系統(tǒng)故障，再配合萬用表檢查。如果測出電壓不正常，就可確定是輸入單元故障。當(dāng)LED是亮的而內(nèi)部監(jiān)視器無顯示時(shí)，則可認(rèn)為是輸入單元、CPU單元或擴(kuò)展單元的故障。

2)程序執(zhí)行檢查是通過寫入器上的監(jiān)視器檢查。當(dāng)梯形圖的接點(diǎn)狀態(tài)與結(jié)果不一致時(shí)，則是程序錯(cuò)誤(例如內(nèi)部繼電器雙重使用等)，或是PLC內(nèi)部的運(yùn)算部分出現(xiàn)故障。

3)輸出檢查可用輸出LED指示燈識(shí)別。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果正確而輸出LED指示錯(cuò)誤時(shí)，則可認(rèn)為是CPU單元、I/O接口單元的故障。當(dāng)輸出LED是亮的而無輸出，則可判斷是輸出單元故障，或是外部負(fù)載系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。

1.3 程序內(nèi)容變化

當(dāng)電源短時(shí)掉電，程序內(nèi)容會(huì)消失。這時(shí)除了檢查電池外，還要進(jìn)行下述檢查：

1)通過反復(fù)通斷PLC本身電源來檢查。為使微處理器正確啟動(dòng)，PLC中設(shè)有初始復(fù)位電路和電源斷開時(shí)的保存程序電路，這種電路發(fā)生故障時(shí)，就不能保存程序。所以可用電源的通斷進(jìn)行檢查。

2)如果在更換電池后仍然出現(xiàn)電池異常報(bào)警，就可判定是存儲(chǔ)器或是外部回路的漏電流異常增大所致。

3)電源的通斷總是與機(jī)械系統(tǒng)同步發(fā)生，這時(shí)可檢查機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲影響。因?yàn)殡娫吹臄嚅_是常與機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行同時(shí)發(fā)生的故障，絕大部分是電機(jī)或線圈所產(chǎn)生的強(qiáng)噪聲所致。

2 硬件故障診斷與排除方法

PLC硬件故障與所選用機(jī)種及工作環(huán)境關(guān)系很大，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，正確區(qū)分是硬件還是軟件故障是很重要的[3～5]。

2.1 故障種類

按照PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，列出了故障種類、故障現(xiàn)象及其產(chǎn)生的可能原因，如表1所示。

表1 PLC硬件故障種類

2.2 故障診斷方法

1)發(fā)生異常時(shí)的識(shí)別。發(fā)生故障時(shí)，為了迅速查出故障原因并予以及時(shí)處理，在切斷電源和復(fù)位之前，必須識(shí)別以下2點(diǎn)：一是機(jī)械動(dòng)作狀態(tài)，向運(yùn)行人員了解故障發(fā)生時(shí)機(jī)械部件的運(yùn)行情況；二是觀察PLC顯示內(nèi)容，觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結(jié)果的顯示內(nèi)容。

2)異常狀態(tài)的識(shí)別。為了識(shí)別異常狀態(tài)如何變化，可將開關(guān)從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經(jīng)短暫復(fù)位再切換至“RUN”位置開關(guān)或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運(yùn)行。經(jīng)過上述操作后，如果PLC返回初始狀態(tài)并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就可判定不是PLC硬件故障或軟件異常，而是外部原因所致，如噪聲干擾、電源異常等。

3)判斷是否硬件故障。PLC硬件故障具有持續(xù)性和重復(fù)性。其判斷方法是切斷后再接通PLC電源或復(fù)位操作，通過幾次重復(fù)試驗(yàn)都發(fā)生了相同的故障，則可判定是PLC本身的硬件故障。經(jīng)過上述操作后，如果故障不能再現(xiàn)，就說明是外部環(huán)境干擾或瞬時(shí)停電所致。

4)判斷是否程序錯(cuò)誤。PLC程序錯(cuò)誤引起的故障具有再現(xiàn)性。

5)判斷是否外部原因。PLC控制系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，一般容易引起懷疑的可能是PLC本身出了問題。主要檢查的項(xiàng)目如下：①檢查輸入/輸出設(shè)備狀態(tài)。安裝不當(dāng)、調(diào)整不良及行程開關(guān)等的觸點(diǎn)接觸不良，在運(yùn)行初期很難發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后才能暴露出問題。②檢查配線。輸入/輸出配線有可能斷路、短路、接地，也可能與其他導(dǎo)線相碰等。以上2種情況的故障是斷續(xù)性的，容易查找。③噪聲、浪涌。在特定機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)或與其他設(shè)備同步運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的故障，應(yīng)在PLC外部采取抗干擾措施。④電源異常。電源電壓過高或過低、臨時(shí)停電、瞬時(shí)停電、供電系統(tǒng)上的噪聲源等。

6)故障的產(chǎn)生與外部工作同步。判斷噪聲、瞬時(shí)停電等外部原因最有效的方法，就是了解PLC之外生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，分析故障現(xiàn)象是否與外部工作狀態(tài)同步。若故障現(xiàn)象與被控對(duì)象的特定狀態(tài)同步發(fā)生，說明該故障與被控對(duì)象有關(guān)。另外故障現(xiàn)象也會(huì)與其他生產(chǎn)設(shè)備和特定狀態(tài)同步發(fā)生。

2.3 故障排除

1)CPU內(nèi)部故障診斷及處理見表2。

表2 CPU內(nèi)部故障原因分析與處理方法

2)輸入單元的故障診斷及處理見表3。

3)輸出單元的故障診斷及處理見表4。

3 結(jié)語

采用Allen Bradley PLC設(shè)計(jì)天然氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，與繼電器控制系統(tǒng)相比，安裝簡單，維護(hù)工作量小，可靠性高；與DCS控制系統(tǒng)[6]相比，投資省，開關(guān)量處理與邏輯順序控制更具優(yōu)勢；還可以與工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線互聯(lián)，提高生產(chǎn)水平。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分理解生產(chǎn)工藝流程，全面考慮不確定因素的影響。此外，還要注意PLC抗干擾解決方案，應(yīng)使用獨(dú)立電源供電，防止其他信號(hào)造成的干擾，導(dǎo)致PLC故障。

表3 輸入單元故障原因及維修方法

表4 輸出單元故障原因分析及維修方法

[1]趙旭民，秋衛(wèi)平. 離心壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].測控技術(shù)，2000，19(3)：25～27.

[2] 戴金龍. 離心式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2002，10(6):34～35.

[3] 彭暉,嚴(yán)飛.原料氣壓縮機(jī)PLC監(jiān)控系統(tǒng)故障分析及處理[J].天然氣與石油,2005,23(5):41～42.

[4] 張樹偉. 簡議合成氣壓縮機(jī)PLC監(jiān)控系統(tǒng)故障分析及處理[J].科技資訊,2008(16):97.

[5] 彭暉,楊媚，鐘凡，等.合成氣壓縮機(jī)PLC監(jiān)控系統(tǒng)故障分析及處理[J].石油與天然氣化工,2006,35(6): 434～435.

[6] 何才志，陳新萍，李德湘,等. 富氣壓縮機(jī)PLC與DCS通信故障的處理[J]. 自動(dòng)化儀表,2004,25(3): 69～70.

[編輯] 洪云飛

2016-07-19

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05055)。

孫志琛(1986-)，男，助理工程師，現(xiàn)主要從事天然氣壓縮機(jī)組電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)、配套、制造方面的研究工作：E-mail:sunzc0606@126.com。

TE974.07

A

1673-1409(2016)31-0054-04

[引著格式]孫志琛，譚麗.天然氣壓縮機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的故障診斷與排除方法[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(31)：54～57.