PLC控制系統在機場行李分揀系統中的故障診斷及處理研究

趙維坤　劉歡

摘要：利用PLC控制系統具備的編程簡單、通用性強、可靠性強等優勢，對PLC控制系統在機場行李分揀系統中的故障診斷及處理進行了研究。通過構建基于PLC控制系統的機場行李分揀框架，利用PLC控制系統對分揀信息的層次劃分，識別故障信息，同時做出報警顯示。根據行李傳送過程中出現的故障和系統自身輸入模塊故障，提出了對應的處理方法，提高了機場的經濟效益。

關鍵詞：PLC控制系統;機場行李分揀系統;故障診斷

0 引言

任何系統設備在運行過程中都會出現故障，在機場行李分揀系統工作過程中，各類設備的運行故障如果無法及時解決，可能會對整個機場的經濟效益造成影響，因此設備故障診斷是一項十分重要的研究內容。PLC控制系統具備編程簡單、通用性強、穩定性高、結構簡單等優勢，同時具備對信號數據的實時采集、圖像顯示以及智能化數據信息處理等功能，因此在各領域中常被用于對現場設備、系統進行監控?；诖?，本文結合PLC控制系統對各設備的維護保障條件，對機場行李分揀系統中的故障診斷及處理進行了研究。

1 基于PLC控制系統的機場行李分揀系統故障診斷

1.1? ? 構建基于PLC控制系統的機場行李分揀框架

本文設計的機場行李分揀系統信息采集技術需要應用基于PLC控制系統的機場行李分揀系統信息采集框架，以便實現后續采集服務管理。基于PLC控制系統的機場行李分揀系統信息采集框架是當前分揀信息提取和傳輸的核心應用框架，其本質是一套完整的數據提取、數據搭配和數據處理集合框架，后續所有的開發任務均離不開當前信息框架。

當機場行李分揀系統出現故障時，采用PLC控制系統在監控程序中的診斷程序對其進行實時監測。當機場行李分揀系統出現故障時，可以利用PLC控制系統的這一功能，及時找出故障點位置、故障部位，從而快速更換備件，恢復系統的正常運行。

1.2? ? 利用PLC控制系統對分揀信息進行層次劃分

本文在PLC控制系統中設置一個數據區域，用于對分揀系統的分揀狀態進行存儲。當分揀系統出現故障時，對應的位置狀態應為“1”，當故障問題清除后，該位置狀態變為“0”。在PLC中設置一個故障位置，當分揀系統某一處出現故障時，則總故障位置的狀態變為“1”，待故障消除后，總故障位置的狀態變為“0”。圖1為PLC對故障信息診斷的具體流程圖。

在分揀系統運行過程中，PLC只對總故障位的狀態進行讀取，當系統出現故障時，再對整個故障數據區域進行讀取，再通過計算，確定故障位置的序號。

根據分揀系統的主要故障表現，PLC對故障信息的層次劃分為3個等級：第一等級為系統總故障，第二等級為系統內部設備故障，第三等級為系統內部元器件故障。其中，第三等級中的元器件屬于不可分故障，當元器件出現故障時，將第一時間觸發第二等級故障，而第二等級故障又將導致包含該設備的運行流程出現故障。第一等級故障是由于分揀系統中的所有設備故障所導致的，假設在機場分揀系統中，共包含兩條行李傳送線，而各設備故障引發的第一等級故障可用下述公式表示：

式中，P表示第一等級故障矩陣;X表示系統故障矩陣，X中的元素xij取值為1或0，表示對應的設備造成的第一等級故障問題發生與否;V表示引發系統故障的第二等級故障矩陣。通過上述公式計算可判斷分揀系統是哪一等級出現故障。

1.3? ? 故障診斷及報警顯示

由于機場行李分揀系統的每一項循環工作中各個工步的運動都需要一定的時間執行，同時運行時間也存在限制，因此本文選擇將其運行時間參數作為診斷系統故障的信息之一。當分揀系統的工步動作開始運行時，利用PLC控制系統同時啟動一個定時裝置，設置定時裝置比正常分揀系統所需時間長15%～25%，將定時器發出的輸出信號作為故障診斷的報警、顯示及自動停機裝置的輸入信號。當分揀系統的某項動作時間超出了規定范圍，而定時器裝置的預設時間還未達到時，定時器發出故障信號。通過該信號可暫停正在運行過程中的工作循環程序，并同時啟動執行報警和顯示程序。圖2為機場行李分揀系統故障檢測程序。

其次，在分揀系統正常運行情況下，系統中的各項輸入、輸出信號以及中間記憶裝置都存在相互的邏輯關系。因此當分揀系統出現故障時，正常的邏輯關系會受到破壞，進而產生異常邏輯關系。因此，本文選用將邏輯錯誤作為診斷系統故障的信息之一。在診斷前，事先將可能出現邏輯錯誤的程序添加到用戶程序中，一旦這種錯誤的邏輯關系出現，PLC控制系統實現運行狀態為“1”，則說明分揀系統出現了對應的故障，將邏輯錯誤的狀態輸出作為分揀系統的故障信號，用于對故障進行報警和顯示。在實際的機場行李分揀過程中，系統出現的故障主要表現為：電機過載、行李超長、行李堵塞、皮帶偏離等。當機場行李分揀時主傳送帶內有行李通過時，后方等待分揀的行李應當停止向主傳送帶傳輸行李，即主傳送帶位置上的光眼狀態為“1”時，電機的啟動接觸設備應當處于斷開的狀態，而不能是接通的狀態。若在這一過程中出現錯誤的條件，則說明邏輯關系出現問題，應立即發出報警。

在上位監控PLC中，建立一個用于存儲PLC控制系統終端狀態的存儲空間。將PLC控制系統的計算機接口狀態值讀取到程序當中，對不同的故障類型設置對應的編號，如表1所示。

表1中的映射關系與PLC控制系統終端的刷新時間可通過人為進行設置，根據需要設定刷新時間為5 min，將分揀系統故障信號映射到各個連續的分區中，再對計算機接口中的數值一次性讀取，得到公式（2）中的X矩陣，若矩陣中某一行的數值為“1”，則將該組序號取出，并與表1中的對應故障類型進行對比，實現對分揀系統故障診斷的識別。

對于故障診斷內容的報警和顯示，可通過在模擬屏中的故障點相應位置安裝紅色二極管，并利用LED管顯示出對應的編號。當分揀系統出現故障時，開關閉合，二極管開始發光，并對故障進行報警。

2 機場行李分揀系統故障處理

2.1? ? 行李傳送過程中的故障處理

機場行李傳送過程中可能導致分揀系統出現的故障包括：行李堵塞傳送通道、電機過載、電機啟動時觸發接觸器、皮帶偏離原始軌跡、行李過長或過高。針對這些故障的處理方法為：當電機過載時，利用熱繼電器保護裝置動作，將電機的工作電源切斷，保護電機;對于皮帶偏離原始軌跡問題，應當在傳送機機頭、機尾以及常出現跑偏的位置安裝保護裝置，保證皮帶的水平移動;對于行李堵塞傳送通道、行李過長或過高問題，應當在通道上設定定時器和光眼，判斷通道內行李的具體位置及大小，從而及時減少通道內的行李，并對過長或過高的行李調整其位置。

2.2? ? 機場行李分揀系統輸入模塊的故障處理

行李分揀系統自身輸入模塊中的故障包括信息數據不顯示、系統斷開或無法正常關閉、系統外接繼電器無法接通、對應顯示燈不亮等。信息數據不顯示可能出現的原因為輸入模塊供電異常、輸入點連接不到位、連接器接觸不良等。針對這一問題可通過檢測供電線路及供電設備、加固端子并嘗試重新連接解決。系統斷開或無法正常關閉可能出現的原因為輸入模塊回路出現短路或斷路現象。通過檢測線路或直接更換輸入單元即可實現對該故障的處理。系統外接繼電器無法接通的原因為輸入模塊光電開關故障、外接設備與系統本身之間的連接線路故障、傳送機底板連接器接觸不良等。針對這一問題可通過檢查輸入模塊線路、加固端子并嘗試重新連接處理。對應顯示燈不亮的原因為顯示燈故障，可直接通過更換顯示燈對故障進行處理。

3 結語

本文提出了一種基于PLC控制系統的機場行李分揀系統故障診斷方法，并針對具體故障給出了具體的處理措施，在一定程度上保證了分揀系統的處置效率，進一步降低了系統故障對機場行李分揀工作的影響。

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收稿日期：2020-03-03

作者簡介：趙維坤（1983—），男，云南永善人，工程師，從事機場行李分揀系統運行和維護工作。