天然氣壓縮機組PLC控制系統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技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

天然氣壓縮機組PLC控制系統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技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

針對油田現場使用的天然氣壓縮機組中PLC(可編程控制器)控制系統出現的各種故障，從軟件和硬件2個方面入手對其進行了診斷，具體分析了故障現象與故障產生的原因，并提出了詳細的故障排除方法，旨在為油田增壓站天然氣壓縮機組正常運行提供保障。

油氣田；增壓設備；天然氣壓縮機；PLC(可編程控制器)；故障；排除

從油田現場增壓站調查分析來看，天然氣壓縮機組PLC(可編程控制器)控制系統的故障大致分為CPU單元故障(5%)、I/O單元故障(15%)、系統布線故障(5%)、輸出設備故障(30%)和輸入設備故障(45%)這5類。在PLC本身的故障(CPU單元故障和I/O單元故障)中，大多數是由惡劣環境造成的；而余下的則是用戶使用不當造成的。因此，對于操作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，筆者根據壓縮機自動控制原理[1，2]，從軟件和硬件2個方面對Allen Bradley PLC控制系統的故障進行診斷與排除。

1 軟件故障診斷與排除方法

1.1 停機

1)CPU異常報警而停機。CPU異常報警時，應檢查CPU單元連接于內部總線上的所有器件。

2)存儲器異常報警而停機。存儲器異常報警時，如果重新編程后故障現象反復出現，則可能是噪聲干擾引起程序的變化；否則就是存儲器損壞，應更換存儲器。

3)輸入/輸出異常、擴展單元異常報警而停機。發生這類報警時，應首先檢查輸入/輸出單元和擴展單元連接器的插入狀態、電纜連接狀態，確定故障發生在某單元之后，再更換單元。

1.2 程序不執行

對于不執行程序，一般情況下可依照輸入→程序執行→輸出的步驟進行檢查。

1)輸入檢查是利用輸入LED指示燈識別，或用寫入器構成的輸入監視器檢查。當輸入LED不亮時，可初步確定是外部輸入系統故障，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LED是亮的而內部監視器無顯示時，則可認為是輸入單元、CPU單元或擴展單元的故障。

2)程序執行檢查是通過寫入器上的監視器檢查。當梯形圖的接點狀態與結果不一致時，則是程序錯誤(例如內部繼電器雙重使用等)，或是PLC內部的運算部分出現故障。

3)輸出檢查可用輸出LED指示燈識別。當運算結果正確而輸出LED指示錯誤時，則可認為是CPU單元、I/O接口單元的故障。當輸出LED是亮的而無輸出，則可判斷是輸出單元故障，或是外部負載系統出現了故障。

1.3 程序內容變化

當電源短時掉電，程序內容會消失。這時除了檢查電池外，還要進行下述檢查：

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

2)如果在更換電池后仍然出現電池異常報警，就可判定是存儲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械系統同步發生，這時可檢查機械系統產生的噪聲影響。因為電源的斷開是常與機械系統運行同時發生的故障，絕大部分是電機或線圈所產生的強噪聲所致。

2 硬件故障診斷與排除方法

PLC硬件故障與所選用機種及工作環境關系很大，當系統發生故障時，正確區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控制系統的硬件結構，列出了故障種類、故障現象及其產生的可能原因，如表1所示。

表1 PLC硬件故障種類

2.2 故障診斷方法

1)發生異常時的識別。發生故障時，為了迅速查出故障原因并予以及時處理，在切斷電源和復位之前，必須識別以下2點：一是機械動作狀態，向運行人員了解故障發生時機械部件的運行情況；二是觀察PLC顯示內容，觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結果的顯示內容。

2)異常狀態的識別。為了識別異常狀態如何變化，可將開關從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經短暫復位再切換至“RUN”位置開關或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運行。經過上述操作后，如果PLC返回初始狀態并能正常運轉，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硬件故障具有持續性和重復性。其判斷方法是切斷后再接通PLC電源或復位操作，通過幾次重復試驗都發生了相同的故障，則可判定是PLC本身的硬件故障。經過上述操作后，如果故障不能再現，就說明是外部環境干擾或瞬時停電所致。

4)判斷是否程序錯誤。PLC程序錯誤引起的故障具有再現性。

5)判斷是否外部原因。PLC控制系統發生異常時，一般容易引起懷疑的可能是PLC本身出了問題。主要檢查的項目如下：①檢查輸入/輸出設備狀態。安裝不當、調整不良及行程開關等的觸點接觸不良，在運行初期很難發現，運行一段時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，也可能與其他導線相碰等。以上2種情況的故障是斷續性的，容易查找。③噪聲、浪涌。在特定機械運轉或與其他設備同步運轉過程中出現的故障，應在PLC外部采取抗干擾措施。④電源異常。電源電壓過高或過低、臨時停電、瞬時停電、供電系統上的噪聲源等。

6)故障的產生與外部工作同步。判斷噪聲、瞬時停電等外部原因最有效的方法，就是了解PLC之外生產設備的工作狀態，分析故障現象是否與外部工作狀態同步。若故障現象與被控對象的特定狀態同步發生，說明該故障與被控對象有關。另外故障現象也會與其他生產設備和特定狀態同步發生。

2.3 故障排除

1)CPU內部故障診斷及處理見表2。

表2 CPU內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 結語

采用Allen Bradley PLC設計天然氣壓縮機控制系統時，與繼電器控制系統相比，安裝簡單，維護工作量小，可靠性高；與DCS控制系統[6]相比，投資省，開關量處理與邏輯順序控制更具優勢；還可以與工業以太網或現場總線互聯，提高生產水平。在進行控制系統設計時，應當充分理解生產工藝流程，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，應使用獨立電源供電，防止其他信號造成的干擾，導致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，秋衛平. 離心壓縮機自動控制系統的設計和應用[J].測控技術，2000，19(3)：25～27.

[2] 戴金龍. 離心式壓縮機的調節控制系統[J].風機技術,2002，10(6):34～35.

[3] 彭暉,嚴飛.原料氣壓縮機PLC監控系統故障分析及處理[J].天然氣與石油,2005,23(5):41～42.

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

[5] 彭暉,楊媚，鐘凡，等.合成氣壓縮機PLC監控系統故障分析及處理[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PLC與DCS通信故障的處理[J]. 自動化儀表,2004,25(3): 69～70.

[編輯] 洪云飛

2016-07-19

國家科技重大專項(2011ZX05055)。

孫志琛(1986-)，男，助理工程師，現主要從事天然氣壓縮機組電氣及自動化設計、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.天然氣壓縮機組PLC控制系統的故障診斷與排除方法[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(31)：54～57.