PLC故障诊断

PLC故障诊断（精选11篇）

PLC故障诊断 第1篇

PLC(programmable logical controller)作为工业自动化控制领域中的通用控制装置,不仅是自动化加工设备中的基本装置,而且也是这些设备联系和耦合的纽带。它不仅具有数字和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、人机对话、自检、记录和显示功能,而且具有数据处理、图形显示、联网通讯的能力。由于PLC在现代制造系统中所处的地位和作用,人们已经探讨利用PLC信息进行故障诊断或将诊断系统集成于PLC中的实现方法。文中以某自动生产线为对象,着重研究了基于PLC信息的故障诊断方法、模型和系统等问题,为基于PLC信息的故障诊断系统实现方法提供了一个实例。

1 故障诊断系统总体结构

1.1 自动生产线简介

某自动生产线的自动化程度较高,其电气控制主要采用PLC(PLC-2/30, PLC-2/20, PLC-2/15)、CNC数控加工系统(MCS-100, 200系统,西门子3M系统,TNC-145系统)以及用于故障显示的IBM-PC, PS7000。生产线机床电气控制系统的典型结构如图1所示。

1.2 系统总体模型

根据诊断任务及要求,结合生产自动线的实际情况,决定基于PLC信息构成诊断系统,故障诊断系统总体模型结构设计如图2所示。

系统硬件主要由信号获取设备、信号处理及诊断设备和输出控制设备3个部分组成:1)信号获取设备包括机床各种传感器、数据纪录装置等。这些装置用来采集各种信号,并将其转换为数字信号,送至数控系统、PLC进行处理。2)信号处理及诊断设备主要由数控系统、PLC及工控机组成。接受信号获取设备送来的信号进行分析处理,完成故障信息的提取及诊断过程。3)输出控制设备包括显示器、打印机等。

系统软件由元系统、故障诊断子系统、故障咨询子系统、知识库管理子系统和外部扩展接口五部分组成。诊断系统功能树如图3所示。

1.3 系统实现

基于PLC信息的故障诊断系统软件是采用Borland C++、Visual Basic、Delphi等语言进行编程,操作系统采用Windows,知识库的生成采用Excel与Access。由于C++具有汇编语言的快速、可移植性强及编程效率高等优点,被用于作为整个系统核心部分的元系统与诊断子系统的编程;Visual Basic与Delphi是可视化的、面向对象和面向事件的新型编程语言,通过引入图表窗口(form)和组件(component)等概念,能够方便地进行可视屏幕设计,减少编写用户界面程序设计的时间,设计可以交互进行,设计过程中可以直观的改变界面的风格和样式。同时还引入了屏幕对象并预先设置被动作对象识别的动作(即对象动作),因而能实现灵活的相应事件,不必花费大量的时间去编写事件监测程序。由于MSCOMM,VBX使用方便,这两种语言被分别用作故障诊断系统通讯软件的编程和通讯子系统的编程。Windows则以其新颖漂亮的图形用户界面和功能强大、速度快的多窗口图形处理能力以及实时多任务处理能力和功能,被用作整个系统的操作系统;Excel由于其直观的表格形式,用来实现故障字典的生成;Access由于与Visual Basic良好的连接性能,用来生成最终的知识库。

2 初步诊断的实现

2.1 故障的检测与跟踪

故障的检测与跟踪就是要及时、准确地发现并告知故障的产生与根源,以便及时处理。在可编程控制器构成的系统中,故障的自动检测与跟踪,一般有以下方法:

a) 直接检测法。故障的直接检测法就是根据有关设备或检测元件本身的信号之间的自相矛盾的逻辑关系来检测判断其是否已处于故障状态。如开关元件的常开触点与常闭触点、运行指令的发出与反馈信号、设备的允许动作的时序信号灯,这些都是一对相互联系或相互矛盾的信号,根据双方的逻辑就可以判断出相应设备是否处于故障状态。

某条生产线中有一对表示机械手状态的开关信号,分别接到可编程控制器的I1和I2地址上,其中I1表示机械手夹紧,I2表示机械手松开。在正常情况下,两者不可能同时输出高电平,否则为故障状态,可用图4逻辑关系来判断。

在控制过程中,若F1出现高电平,则说明该接近开关为故障状态,F0为系统复位信号,此锁存目的是保证故障信息能保持以便查找。

b) 判断检测法。故障的判断检测法是根据设备的状态与控制过程之间的逻辑关系来判断该设备的运行状态是否正常的一种方法。例如某设备在控制过程的某一时刻应该到达相应的位置,而实际上它并没有到位,则说明它处于故障状态。这种方法要设计一个虚拟传感器,使实际检测元件的状态与之比较,如果两者统一,判断为无故障;如果两者矛盾,就认为系统中存在故障。这是一种很有效而且常用的方法。

某生产线中中央气缸的输出控制命令为O1,当命令发出后的数秒时间内应伸出到位,即I1应接受到高电平“1”信号。为判断气缸的故障状态,我们可以设计一个2.5s的计时器,由O1启动,当计时器发出时间信号时,气缸仍没有到位,就认为其处于故障状态。这里的计时器T10输出信号F10就是一个虚拟传感器。可做如图5所示的编程。

如果F2为高电平,就说明气缸确实存在故障,其中F1为系统复位信号。根据F1的状态再结合其他检测手段,就能判断出故障是存在于气缸本身,还是存在于到位检测元件。

c) 跟踪检测法:故障的自动跟踪检测法是把整个系统的控制过程分成若干个控制步骤,根据每个步骤的连锁条件满足与否来发现系统中是否存在故障的一种方法。在控制过程中,如果某一步有故障出现,控制过程就停止该步。系统就转入故障检测程序,自动对此部的所有连锁条件进行核对,然后指出故障所在,提示维护人员检修,故障排除后,系统继续运行。这种方法较前两种方法具有更多的优点,是一种比较完善的检测法,但程序设计较为复杂。

实际应用时,通过对工艺过程的分析,采用以上3种方法,即可利用PLC实现故障信息的生成。

2.2 故障信息的处理

在故障过程中,可能同时存在着多种故障检测信号,有时可能由于某一故障的产生,导致其他设备也处于故障状态。在生产过程中,如果能及时而准确地从众多故障信息中检测出引起这些故障的首发故障,将对故障的排除带来极大的方便。

判断首发故障的最佳方法是使PLC控制程序具有首发故障的自动检测功能,其程序设计的基本原则是:定义相应数量的首发故障标志,如果某一故障首先发生就将相应的首发标志置“1”,同时禁止其他首发标志改变状态。当有故障发生时,及时检查这些首发故障标志,就可以找出首发故障。下面举例加以说明。

某系统共有3个故障检测信号,分别定义为I1, I2, I3,状态为“1”时是故障状态,这3个故障信号都有首先发生的可能性。根据上述原则进行首发故障的程序设计。

首先定义首发故障标志,如表1所示。

在某一周期内,如果故障信号I1首先为“1”状态,那么F1即被置位,I1判定为首发故障,此时乃至下几个周期,F1, F2都被复位,即使有故障信号I2, I3存在也不会被置位。依次类推,F2, F3也如此。当有故障发生时,检测F1, F2, F3哪个为“1”状态,那么对应的故障即为首发故障,在排除故障时即可首先对其进行处理。如图6所示。

3 诊断信息的获取

就故障诊断而言,首先面临的是诊断信息的获取。由于工业系统各个组成部分之间的功能关系复杂,故障现象多,故障原在以及故障征兆之间的信息错综复杂,因此,准确地获取诊断信息,对不同故障诊断信息进行有效的综合和分析,是故障诊断系统首先需要解决的瓶颈问题。

3.1 信息流图

为了获得诊断信息,必须首先清楚生产现场信息的流向。自动生产线现场信息流如图7所示。

由图7可以看出,主控PLC实时采集机床加工过程中的过程信息和状态信息,通过数据处理后,针对异常数据作出相应处理,向操作人员报警,从而使整个系统的控制进行相应调整。因此,鉴于生产线的诊断信息集成于主控PLC,诊断系统应通过与主控PLC之间的通讯,获取诊断信息,然后进行分析处理、显示,从而实现生产线的诊断任务。

3.2 硬件连接

诊断信息集中于主控PLC,实际中可利用美国AB公司的DH局域网使PLC与计算机互连,以实现通讯与数据交换。其组织结构如图8所示。要获取诊断信息,还必须通过KE板(通讯控制板)使工控机与DH网,进而实现与主控PLC通讯以获取信息。DH网对于PLC使用1771KA2通讯适配板,对于计算机则使用1771KE板。KE板为美国AB公司专为计算机与AB公司PLC通讯使用。工控机与KE板的信息交流依照KE板的通讯协议进行。

工控机与KE板之间的通讯采用异步串行方式、RS-232标准,工控机串行接口为9针D型插座,KE板提供的串行接口为25针D型插座,两者之间具体连线如图9所示。

3.3 软件设计与实现

在Windows环境下开发与工业PLC通讯的软件,可以用C或C++并借助于Windows SDK提供的API应用程序接口函数来完成软件的设计,但这样编制的程序很复杂,对开发者的专业知识要求很高。在实践中,利用通讯控件MSCOMM.VBX在Visual Basic环境下编写通讯软件,可以极大地降低开发难度。

下例是一个MSCOMM.VBX设计通讯程序的模板,只需要根据自己的实际情况来选择在下列的Cast语句中插入相应的代码即可。

Sub Comm-on Comm()

Select Case Commi.CommEvent

Case MSCOMM-ER-BREAK 插入处理BREAK代码

Case MSCOMM-ER-CDTO 插入处理CD超时代码

Case MSCOMM-ER-CTSTO 插入处理CTS超时代码

Case MSCOMM-ER-DSRTO 插入处理DSR超时代码

Case MSCOMM-ER-FRAME 插入处理帧错误代码

Case MSCOMM-ER-OVERRUN 插入处理接收数据丢失代码

Case MSCOMM-ER-RXOVER 插入处理接收缓冲器溢出代码

Case MSCOMM-ER-RXPARITY 插入处理校验错误代码

Case MSCOMM-ER-TXFULL 插入处理发送缓冲器满代码

Case MSCOMM-EV-CD 插入处理CD信号改变代码

Case MSCOMM-EV-CTS 插入处理CTS信号改变代码

Case MSCOMM-EV-DSR 插入处理DSR信号改变代码

Case MSCOMM-EV-EOF 插入处理检测到一个振铃信号代码

Case MSCOMM-EV-RECEIVE 插入接收到设定的字符数时产生该事件代码

Case MSCOMM-EV-SEND 插入处理发送缓冲器中的字符数低于设定的数值时产生该事件的代码

END Select

END Sub

4 结束语

提出了一种基于PLC信息的故障诊断系统模型,研究了PLC内部初步诊断的实现方法和诊断信息的获取技术,为故障诊断系统的实现提供了依据。通过该系统,深入地研究现代制造环境下基于PLC信息的设备故障诊断理论、方法和模型,由此研制并开发基于PLC信息故障诊断系统,利用该系统实现在线实时诊断,以提高设备故障诊断的自动化、智能化性能。

参考文献

[1]周祖德,胡文彬,曹建.基于PLC信息的故障诊断系统集成平台的研究[C].海峡两岸机电控制及自动化学术研讨会论文集,1997.

[2]陈春雨,李景学.可编程控制器应用软件设计方法与技巧[M].北京:电子工业出版社,1994.

[3]谢文祥.个人计算机与模块式可编程控制器的通信研究[J].工业控制计算机,1995(3).

[4]夏云.Windows环境下串行数据通信程序设计[J].PC-WORLD,1995(6).

[5]王福厚.微型计算机与SIMATIC U系列与PC通信[J].微型计算机应用,1995,1(16).

[6]张克技,严薇,史闽艳,等.SJ-FMS系统中的通讯设计[C].第二届中国计算机集成制造系统(CIMS)会议论文集(深圳),1992(09):81-85.

PLC通讯故障检查方法 第2篇

因为通讯是PLC网络工作的基础，而PLC网络的主站、各从站的通讯处理器、通讯模块都有工作正常指示。当PLC通讯出现不正常时，我们就需要进行PLC通讯故障检查维修工作。通常检查顺序以及内容如下表：故障现象 单一模块不通讯

故障原因 接插不好 模块故障 组态不对 通讯处理器松动

通讯处理器地扯开关错

通讯处理器故障 通讯电缆故障

主站不通讯

调制解调器故障 通讯处理器故障

通讯正常，但通讯故障灯亮

解决办法按紧 更换 重新组态

分支通讯电缆故障 拧紧插接件或更换

从站不通讯 分支通讯电缆故障

拧紧 重新设置 更换

排除故障、更换 断电后再启动无效更换

清理后再启动无效更换

插入并按紧

PLC故障诊断 第3篇

关键词：PLC技术;数控机床;故障诊断

1.数控机床PLC概述

数控机床PLC归分为两类：一类是内装型或集成型，指的是PLC和CNC装置的综合设计，PLC内包括在CNC装置内，和CNC装置之间的信号经过CNC自身的I/O接口进行完成。另一类是独立型或外装型。指的是通过对专业厂家生产的PLC产品进行利用，进而实现数控机床的顺序控制，并使CNC系统中全部的要求任务独立完成[1]。

基于数控机床中，PLC起到了连接数控装置和机床侧的辅助作用。其一，PLC接受了CNC处理操作人员编辑的程序指令，通过译码输出处理之后送至机床侧，进而让机床完成相应的动作，最终使机床的运行得到有效控制。其二，PLC接受了机床侧的逻辑信号对数控系统进行反馈。

数控机床PLC主要的组成部分包括CPU、存储器、输入输出及供电电源等，以总线作为桥梁把各部分连接起来[2]。其中，CPU属于PLC的核心部分，它的主要功能是对用户程序及数据进行接收及输入，并对各类信号状态进行查询，诊断无误之后，PLC便开始运行。

2.应用PLC对数控机床进行故障诊断的方法与步骤分析

2.1诊断方法

应用PLC对数控机床进行故障诊断存在诸多方法，具体体现在以上几大方面：

（1）一故障报警号为依据，对故障进行诊断。主要是对数控机床的自诊断功能进行利用，以显示器上所显示的报警信息为依据，并与机床维修手册当中所提供的故障信息代码含义相结合，进而对故障进行定位。

（2）以PLC的I/O状态为依据，对故障进行诊断[3]。基于数控机床当中，CNC系统、PLC及机床间是经I/O接口实现信号的传递的，I/O接口当作是信息传递及控制的渠道，一些故障能够在PLC的I/O接口的状态反映出来。在对相关控制对象的正常状态及故障状态熟悉之后，对I/O接口的工作状态进行灵活利用，便极易查找出故障原因。

（3）利用PLC梯形图对故障进行诊断。PLC程序是根据控制对象的控制原理进行设计的，大部分PLC均使用梯形图当作编程语言，通过对梯形图与机床相结合的工作原理及联锁关系，能够便于对有关输入输出及标志位的情况加工确定。对于存在梯形图监控功能的数控系统，还能够在线对程序的运行进行监控，对I/O与标志位情况的瞬间变化进行观察。在故障发生的情况，通过对胸自诊断功能的利用，或者通过机外编程器，便能够以PLC的动作原理为依据，进一步快速将故障进行诊断，并采取相应的有效排除措施。

2.2诊断步骤

通过PLC对数控机床的故障进行诊断时，首先需要熟悉机床的各组成部分，包括各执行机构的动作顺序、工作原理及各部分检测开关的安装位置等。同时，还需要对各机构动作进行充分了解，包括启动、定值及松开等。能够读懂PLC梯形图，并且能够利用经常使用到的测量仪器完成检测工序。在排除故障的过程中，需依照下述步骤进行：

首先，存在报警号。第一步需查维修手册，找到与之对应的故障内容，并对故障部位加以确定，进而对相对应的程序段进行查找，并对其逻辑关系进行分析。然后，和机床相结合，现场在线分析每一个可疑点，检查输入信号对应的输出是不是和PLC的逻辑控制关系相符合。如果符合，则属于正常点;反之，则为故障点。在找出故障点后，需以电路图为依据，对发生故障的元器件进行查找，并及时调整或更换，以此将故障彻底排除。

其次，如无报警号。需与机床的工作原理及各个部件间的动作顺序相结合，依照维修手册，通过故障现象对故障位置进行确定，然后通过对梯形图进行应用，对具体模块的相关信号进行检测。

最后，对资料进行整理，并做好故障维修的记录工作。

2.3实际案例分析

某数控机床在换刀指令的情况下不发生动作，机械臂停留在行程中间位置，CRT显示报警号[4]。

通过报警号查手册发现，报警内容是换刀系统机械臂检测开关信号为“0”。表明，刀库换刀位置错误。以换刀系统工作原理及动作顺序得知，此故障发生于换刀装置与刀库2部分间，通过对PLC输入接口状态查找可发现，PLC输入接口无检测信号接收，致使机床换刀过程发生中断。相关原因包括：其一，对于运动部件到位信号的检测，检测开关没有完成;可能在液压或机械等方面发生故障。其二，可能是接近开关发生失灵现象。

首先对刀库当中的接近开关进行检查，发生开关为正常。然后，通过手动对机械臂缩回动作的电磁阀进行控制，进而将机械臂退回到“臂缩回”位置，机械复原。表明手控电磁阀能够对换刀位置进行定位，以此将液压及机械两方面的故障排除。进而表明可能是操作或PLC参数设置不合理导致故障。通过操作观察，并与《操作手册》相结合，得出结论：操作换刀时间比PLC规定的要求小，在PLC程序执行错误的情况下发生报警。在对相应程序修改完成之后，故障得到有效排除。

3.结语

在经济及科技逐渐进步的背景下，技术在工业领域的应用越来越广泛。其中，在数控机床的故障诊断过程中，PLC起到了至关重要的作用。大致上分析，PLC在数控机床上的应用在很大程度上提升了故障诊断的速度，同时使数控机床的工作效率得到有效提高。但同时，也存在较为明显的问题，如我国现有的PLC不具完善性，为了使数控机床故障诊断更具实效性与科学性，笔者认为在今后发展过程中，重点工作便是推进PLC的发展。

参考文献：

[1]程艳.数控机床故障诊断中PLC的应用研究[J].石家庄学院学报，2014，03：43-46.

[2]雷晓松.PLC在数控机床故障诊断中的应用[J].黑龙江科技信息，2012，29：23-24.

PLC控制网络的远程电气故障诊断 第4篇

1 PLC 的含义

PLC是可编程序控制器的简称,是一种专门为在工业环境中应用而设计的数字运算操作电子系统,其采用一类可编程的存储器在内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等执行用户的命令,并且通过数字或模拟控制各种机械的运作和生产过程。PLC以微处理器为基础并且综合计算机技术、自动化控制技术、通讯技术发展的一种工业自动控制装置,其体积小、灵活性强、功能多、维护方便,对于恶劣环境的适应能力非常强,所以在工业领域的应用十分广泛。

2 远程控制故障诊断技术存在的问题

网络通信技术在远程控制故障诊断技术中具有十分重要的地位,但是现阶段通信传输存在延迟性和不稳定性,这在一定程度上束缚了远程控制故障诊断技术的发展。目前的远程控制诊断系统结构复杂,分布距离较远,并且不同地区使用的局域网没在不同的平台上,难以统一编程语言,这些问题限制了通信传输,并且这些问题的解决方法十分困难,还处于研究阶段。对于远程控制故障诊断技术而言,系统通常需要通过公共网络传输数据包,因此在传输过程中可能遭遇窃听、篡改或重播的攻击等,所以在传输方面其安全性也是一个值得考虑的问题。另外还有许多黑客攻击网络通信系统,无线网络的通信介质是无线信号,在移动站和网络控制重心并没有固定的物理连接,移动站可以通过无线信道来传输身份信息,然而无线信号在传输的过程中很容易被窃听,这时黑客假装成为另一个实体访问无线网络,利用公共区域的无线网络后者只需要简单的密码就能够连接到无线网络,不必实行身份验证,进行入侵并且实施不法行为,这种入侵行为很难确定入侵者的真实身份,为不法分子提供了犯罪的机会,为网络技术带来很大的困难。

3 远程电气故障诊断的方法

3.1 数字信号故障诊断法

数字信号故障诊断法可以从两个方面进行,第一个是逻辑错误检测法,电子控制系统中的中间存储器需要对输入信号进行逻辑处理,才能到达输入端,一旦发生故障就会导致逻辑系统混乱,设备运行出现故障,从而引发安全事故。所以在变成过程中应该设置好应对故障发生的程序,当发生安全故障时,便会引发报警系统,这时工作人员及时采取措施进行补救,保证控制系统正常运行。第二种是超时限故障检测法,设备在移动过程中,运行的每一歩都会需要时间的限制,当每个步骤开始运行时,都会触发一个时间启动器,当定时器的时间超过所设定的时间程序还没有进入到下一个动作,定时器便会自动启动故障显示程序,自行强制停止设备工作程序,并同时启动系统报警程序。第三个是模拟信号的故障诊断法。PLC的故障诊断与原理与数字量的诊断与原理大体相似,可编程控制器的存储器首先会把已扫描到输入端的温度和压力等模拟的信号,通过数字转换器变成数学变量,最后存储在可编程控制器的数据存储区。模拟量的故障诊断是将系统限制数量与实际输入数量进行比较,当出现不在范围内的数据,就会强制系统停止工作,进行故障诊断,排除危险因素,保证机器正常运行。

3.2 故障诊断专家系统诊断法

故障诊断专家系统是指在包括一定领域的专家推理能力和专业知识的基础上,模拟故障领域,用人类专家的水平去解决问题的一种人工智能软件系统。现阶段其主要包括设计型、规划型、预测型、解释型、控制型、调试型、指导型、维修型、诊断型、监督型等最主要的功能类型,其中规划型是最为普遍的系统,其主要有知识库、推理机、综合数据库、解释接口、知识获取程序等五大部分。其中知识库是专家系统的核心,拥有充足的知识储备量和相关领域的定义、事实理论以及专家的实践经验,能够准确的辨别出系统的故障位置。推理机是根据用户给出的相关数据和要求,运用知识库的事实和理论,进行顺序和控制的推理过程,从而得出用户所需的数据。综合数据库是将系统运行过程中所获取的信息和生成的信息都存放在这里。知识获取程序是知识工程师把在相关领域的专家那里获得的不确定、模糊的甚至不兼容的知识进行概念形式化,从而构建成为具有结构化的知识体系。人机接口是为了方便人工智能领域的普通用户和专家系统之间进行数据交换的一种软件,将系统内外的数据形式相互转化,用语言或表格表达出来以方便工作人员识别。

4 总结

远程故障诊断技术是一门多科学复杂交错的新型学科,在各方面都需要最先进、最前沿的科学理论和技术支撑。其应用日益广泛,大多数企业和公司都在采用此技术,因此在运用远程控制进行电气故障诊断时,应当更加仔细、小心,采用多种故障诊断方法,将其结合使用,充分考虑各方面因素,通过科学合理的技术进行控制,并且结合人工监督,保障整个控制系统正常运行。

摘要：社会经济的迅速发展使得工业领域渐渐进入自动化控制的时代,但是工业控制现场具有复杂性和不确定性,为了保证自动化控制设备能够正常、可靠、搞笑的运行,同时保证现场工作人员的生命安全,就必须对设备运行状况进行监测和故障诊断。本文就对PLC控制网络的远程电气故障做出了简要分析,希望对我国广大的PLC控制网络工作者起到一定的借鉴作用。

PLC故障诊断 第5篇

近年来，随着社会的发展，plc可编程序控制器在工业生产中得到了广泛的使用，但是其维护检修方法和技巧，很多工程师都不得法，下面小编为您总结了些前辈在PLC使用过程的经验和技巧。

1、PLC输入与输出

一只小小的PLC灵活地控制着一个复杂系统，所能看到的是上下两排错开的输入输出继电 器接线端子、对应的指示灯及PLC编号，就像一块有数十只脚的集成电路。任何一个人如果 不看原理图来检修故障设备，会束手无策，查找故障的速度会特别慢。鉴于这种情况，我们 根据电气原理图绘制一张表格，贴在设备的控制台或控制柜上，标明每个PLC输入输出端子 编号与之相对应的电器符号，中文名称，即类似集成电路各管脚的功能说明。有了这张输入 输出表格，对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对 操作过程不熟悉，不会看梯形图的电工来说，就需要再绘制一张表格：PLC输入输出逻辑功 能表。该表实际说明了大部分操作过程中输入回路(触发元件、关联元件)和输出回路(执 行元件)的逻辑对应关系。实践证明如果你能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能 表，检修电气故障，不带图纸，也能轻松自如。

2、输入回路检修

判断某只按扭、限位、线路等输入回路的好坏，可在PLC通电情况下(最好在非运行状态，以防设备误动作)，按下按扭(或其他输入接点)，这时对应的PLC输入点端子与公共端 被短接，按扭所对应的PLC输入指示灯亮，说明此按扭及线路正常。灯不亮，可能按扭坏、线路接触不良或者断线。若进一步判断，按扭如果是好的，那么用万用表的一根表笔，一头 接PLC输入端的公共端，另一头接触所对应的PLC输入点(上述操作要小心，千万不要碰到22 0V或110V输入端子上)。此时指示灯亮，说明线路存在故障。指示灯不亮，说明此PLC输入 点已损坏(此情况少见，一般强电入侵所致)。

3、程序逻辑推断

现在工业上经常使用的PLC种类繁多，对于低端的PLC而言，梯形图指令大同小异，对于 中高端机，如S7-300，许多程序是用语言表编的。实用的梯形图必须有中文符号注解，否则 阅读很困难，看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程，看起来比较容易。若进行电 气故障分析，一般是应用反查法或称反推法，即根据输入输出对应表，从故障点找到对应PL C的输出继电器，开始反查满足其动作的逻辑关系。经验表明，查到一处问题，故障基本可 以排除，因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。

5、PLC自身故障判断

一般来说，PLC是极其可靠的设备，出故障率很低，但由于外部原因，也可导致PLC损坏。

4、输出回路检修

对于PLC输出点(这里仅谈继电器输出型)，若动作对象所对应的指示灯不亮，在确定PL C在运行状态下，那么说明此动作对象的PLC输入输出逻辑功能没有满足，也就是说输入回路 出故障，按前面讲的，检查输入回路。若所对应的指示灯亮，但所对应的执行元件如电磁阀、接触器不动作，先查电磁阀控制电源及保险器，最简便的方法，用电笔去量所对应PLC输 出点的公共端子。电笔不亮，可能对应保险丝熔断等电源故障。电笔亮，说明电源是好的，所对应的电磁阀、接触器、线路出故障。排除电磁阀、接触器、线路等故障后，仍不正常，就利用万用表一只表笔，一头接对应的输出公共端子，另一头接触所对应的PLC输出点，这 时电磁阀等仍不动作，说明输出线路出故障。如果这时电磁阀动作，那么问题在PLC输出点 上。由于电笔有时会虚报，可用另一种方法分析，用万用表电压档量PLC输出点与公共端的 电压，电压为零或接近零，说明PLC输出点正常，故障点在外围。若电压较高，说明此触点 接触电阻太大，已损坏。另外，当指示灯不亮，但对应的电磁阀、接触器等动作，这可能此 输出点因过载或短路烧牢。这时应把此输出点的外接线拆下来，再用万用表电阻档去量输出 点与公共端的电阻，若电阻较小，说明此触点已坏，若电阻无穷大，说明此触点是好的，应 是所对应的输出指示灯已坏。

5、案例分析

5.1 一只工作电源为220V的接近开关，其输入PLC信号触点两根引线与接近开关的220V的电 源线共用一根4 芯电缆，一次该接近开关损坏，电工更换时，错把电源的零线与输入的PLC 的公共线调错，导致送电时烧坏了3路PLC输入点。

5.2 一次系统电源变压器零线排因腐蚀而中断，导致接入PLC220V电源升到380V，烧坏了PL C底部的电源模块，后整改时增加了380/220V的隔离控制变压器。

5.3 西门子S7-200的PLC输出公共端标1L、2L等，工作电脑为AC L1 N 表示，+24V 电源为L+M 表示对初学者或经验不足者容易搞错。如果错把L+M当作220V电源端子，送电瞬间即将烧坏 PLC24V电源。

PLC故障诊断 第6篇

关键词：故障检测；PLC；触摸屏

目前设备存在以下几个问题：实训内容有限，功能缺少，装置型号、类型比较落后；实验台只能通过人工操作按钮来设置故障与排除，这种单一的操作方式在自控技术日趋发达的今天已经显得落伍。为解决上述问题进行设备改造。

1.系统总体方案

维修电工故障检测系统设备在原有装置基础上添加PLC、触摸屏、开关电源、中间继电器等元件，替换老损、故障元件。主要包括电气电路部分、PLC部分和触摸屏部分。触摸屏一方面显示现场相关器件的工作状态，另一方面供考生随机抽取考题，并作答；PLC完成相关器件的状态检测，将信息传给触摸屏，并根据触摸屏给出的题号，控制继电器线圈得失电；电气电路结合继电器得失电的组合，实现故障点的设置。

2.装置硬件设计

2.1PLC选型和设计

故障检测系统是在原有实训装置上改进而来的，可供安装面积并不多，应选用小体积的PLC。设计中共需要输入输出20个点。综上考虑选用日本三菱公司推出的FX1S-20MR型PLC。它使用广泛，拥有高性价比、尺寸紧凑的特点，其中12个输入点，8个输出点。

2.2故障点的设计

故障点是人为在控制电路中添加的故障，通过排除故障点的过程检测学生掌握故障检测技术的水平，锻炼学生准确、迅速找到故障部位并排除故障。故障检测系统中使用了4种工厂常见的基本控制电路（长动电路、正反转电路、顺序启动电路、Y-△降压启动电路）来考察学生故障排除水平。电气原理如图1所示。

3.系统软件设计

3.1触摸屏程序设计思路

开始考试后，考生输入准考证号和学号，核对自己信息，查看考试说明，确认后进入考试，考试开始计时。考生根据触摸屏显示内容和用万用表实地测量完成考试，交卷后将自动生成分数，考官登录查看成绩，考试结束。

故障检测考试主要内容涉及工厂常见的电气控制线路，包括长动、正反转、Y-△降压启动、顺序启动控制电路。在了解各种控制电路的工作原理后，设计各种电路的合理考试题目选项，使学生在培训考核中真正掌握故障排除技能。

考核系统有如下几个优点：

（1）保证考试公平性

（2）人性化界面设计，方便考生

（3）优化考试，提高工作效率

（4）提高安全性，防止误操作

3.2界面设计

（1）登录界面的设计

登录界面的设计中左侧有考试注意事项，在右侧输入正确的考生准考证号和考生学号，如图2所示，若不输入或输入错误则考试成绩无效。之后点击“确认并开始考试”按钮，系统将随机抽取其中一套题，考生开始进行答题。

（2）考生答题界面的设计

考生点击开始考试后，会随机抽取4套题中的一套题，每套题内有5道小题，涵盖4个典型电路（长动控制、正反转控制、Y-△启动控制、顺序启动控制电路）的试题。左侧显示该题故障所在电路图，图中有重点元件的通断动画，动画显示与实际元件同步。右侧显示该题可能的故障选项。考生根据信息测量可能的故障元件，以此判断故障原因，在右下角选择答案。考生答题界面设计如图3所示为长动电路答题界面。

（3）交卷审核界面的设计

考生做完题后，点击交卷会在检查交卷页面显示考生所做答案。在考官审核界面，考官可以在表格里直观看出考生每题作答正确与否，系统自动得出总分。若考生分数高于预设合格分数线将显示通过考试，方便考官记录考生成绩。

（4）首页与系统设置界面设计

首页界面是系统启动后显示第一个界面，首页有3个选项，分别是“考试入口”、“系统设置”、“退出系统”。系统设置界面中可以设置考试时间，考核通过分数线，考官查看密码等系统属性设置。

3.3PLC程序设计

在考试过程中，故障检测系统为考生选择好第几套试题，考生输入姓名学号后正式进入答题环节，考生在答某道题时，PLC程序首先判断是哪种控制电路图，再通过判断故障点从而判断出此题的正确答案，考生在答对题目时，输出由0置1，而答错时程序没有反应。在答下一道题之前程序会重新复位。

PLC程序在得到上位机传来的判断控制电路图种类的信号，再通过所传来的故障点的信号，从而分析出正确答案。M20、M21、M22、M23分别代表长动、顺序、正反转、星三角控制电路，M0-M7则代表故障1到故障8，最后通过上位机的信号判断答案正确与否。

PLC程序在完成一道题之后，需要为故障检测系统程序复位。当考生在判断故障点并且选择出答案时，每个故障点之间互不影响。如果程序不进行复位，将会使得故障点判断混乱。

4.运行结果

目前，系统已投入使用，较改造前取得了理想的效果，在提高考生考试水平、评委老师评分上达到了设计目的。现阶段，共有5道题供学生随机抽取，在考题的数量上有一定的局限性，这方面是以后进一步提高的一个方面。

参考文献

[1]王博，董继先，陆琦.MCGS在机电系统实验台中的应用[J].陕西科技大学学报，2010，28（1）.

[2]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表，2010，21（8）.

PLC在电梯故障诊断中的应用 第7篇

关键词：故障诊断,电梯,编码器,限位检测

1 PLC控制系统的故障诊断

PLC控制系统故障诊断是利用PLC的逻辑或运算功能,把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想(或正确)状态进行比较,发现它们之间的差异,并检查差异是否在允许的范围(包括时间范围和数值范围)内。若差异超出了该范围,则按事先设定的方式对其进行译码,然后以简单或较完善的方式给出故障信息报警。

PLC本身故障可能性极小,系统的故障主要来自外围元器件。PLC控制系统的故障类型可分为输入故障(即操作人员的操作失误)、传感器故障、执行器故障、PLC软件故障等。通过合适的故障诊断方法和实时监测软件可以对这些故障进行预报和处理。

2 电梯电路故障诊断

采用PLC对电梯控制系统进行改造,改造后的系统主要由交流晶闸管调压调速器、NB2系列PLC及少量驱动继电器等组成。系统从外围元器件中提取故障检测信号作为PLC的输入信号(如图1所示),这样PLC既完成对电梯的控制,又可实时监测诊断电梯运行状态。

下面以电梯的实时运行状态检测信号作为PLC的输人,对电梯电路故障的诊断进行探讨。

(1)旋转编码器故障检测信号(X000～X002)。旋转编码器用于精确监测轿厢在井道中的运行位置。轿厢在拖运电机作用下从某层运行到另一层时,要通过该门区磁感应器,以此感应信号作为楼层变化标志,即可判断轿厢所在层。用PLC高速计数器记录旋转编码器输出脉冲累计值并与该层标准预设值进行比较,当误差大于阈值时,判断旋转编码器故障,且差值大小表明电梯平层的精度。这样每次经过门区就进行一次旋转编码器的故障检查。

(2)拖动电机的相序、断相检测信号(X004)。通过相序、断相继电器可检测相序、断相故障。当电机供电相序错误或发生断相时,继电器失电、常闭触点吸合,并通过X004将信号输入PLC作出判断,输出故障信息。

(3)拖动电机的抱闸检测信号(X005)。为保证运行时抱闸松开到位,防止运行磨擦,电梯设有微动开关用于松闸到位检测(位移检测)。

(4)电梯运行端站限位检测信号(X110～X111)。为防止冲顶和墩底,电梯设有上下端站保护定位开关31CS和32CS,并通过X110和X111输入PLC。当电梯接近上下端站且运行速度超过阈值时,定位开关的常闭触点断开、测速开关吸合,由PLC及其测控系统对电梯实施端站保护。

(5)拖动电机过热检测(X112)。为防止拖动电机由于过热而损坏,利用热敏电阻及温度继电器检测电机的温度。当温度超过阈值时,触点断开,通过X00C将信号输入PLC。

(6)零速超时检测(X113)。电梯起动、制动过程的零速保护信号取自测速发电机及检测电路,并通过X00D输人PLC。

(7)反向运行检测(X115)。为防止反向运行,当电梯实际运行方向与选层信号形成的运行方向指令不一致时,即“反向故障”,需采用反向运行检测程序进行保护。反向检测程序中,上下行标志由运行方向检测程序得到。

(8)开关门状态检测信号(X008)。由门锁继电器触点开关DCR22C控制电梯开关门的状态检测。在电梯运行过程中,PLC根据用户程序对实时参数进行扫描循环检测。当检测信号发生异常变化或超过规定阈值时,就有相应故障信号输入PLC。

3 诊断程序设计及实施

诊断程序主要由故障采集、故障搜寻、故障分离和故障输出组成。故障搜寻是对故障寄存器中的内容不断地进行循环检测,以确认故障是否存在;故障分离是指故障寄存器中的每一位对应于某个指定输入的具体故障。电梯故障时,PLC将其状态由指针寄存器送到输出寄存器并输出,然后根据数字显示器上显示的故障信号便能判定故障所在。改造后的电梯设置了7种运行实时故障检测与诊断功能,程序设计框图如图2所示。

输入给PLC的某检测信号发生异常变化或超过阈值时,PLC内部继电器(M0001、M0005、M0008、M0053等)得电,断开输出继电器Y036,导致急停继电器断电,切断运行电路电源,使电梯停运;同时,故障标志经编码指令送到PLC,由PLC实时做出判断并输出表示故障类别的3位二进制故障编码信号(Y024、Y025、Y026)后,输入CD4099译码器;最后通过UCL2006驱动显示电路,由7个发光二极管显示7种不同故障。故障显示电路如图3所示。

4 结束语

本方案在不增加或少增加设备改造费的前提下,利用PLC成功实现了对电梯常见故障的检测和显示,具有较强的实用性。

参考文献

[1]张汉杰.现代电梯控制技术[M].修订版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001

[2]陈家盛.电梯结构原理及安装维修[M].第2版.北京:机械工业出版社,2000

PLC控制系统故障诊断及处理方法 第8篇

PLC作为电气控制领域的重要技术在现代工业控制中得到广泛应用,主要用于逻辑运算、数据传输、过程控制、位置控制、人机界面、网络通信等领域。面对复杂的应用环境和控制要求,工业生产线对PLC控制系统的安全性与稳定性提出了更高的要求,快速准确地诊断和处理故障,对生产的顺行至关重要。

1 系统结构

动力转向液加注机PLC控制系统结构如图1所示,主要包括两部分:由开关、传感器、继电器、电磁阀等组成的现场外围设备I/O系统;由CPU、存储器、扩展口、输入输出端口、编程通信口组成的PLC系统。

PLC的通信越来越完善,自动化生产控制的网络功能已从单一的设备层总线网络向企业信息化网络发展。通信网络成为工业自动控制系统的重要部分,网络故障也是PLC故障的重要部分。在实际运行过程中,PLC系统本身故障很少,故障主要来自现场外围设备I/O元件。

2 现场外围设备I/O元件故障

首先根据设备运行工序步骤来确定故障发生的范围,判断是输入元件问题还是输出执行元件问题,如果在现场能够看到故障部位及损坏情况可以立即处理。然而,大多数故障诊断较为复杂,需要借助一些方法来处理:

(1)逻辑控制关系结合PLC的LED状态显示灯来判断故障。

以动力转向液加注机PLC控制系统为例,控制系统各输入、输出信号在PLC前面板上每个I/O端子都对应一个LED灯,LED灯亮表明对应的I/O端口被激活。设备中的位置检测、液位限位、阀门控制、泵运行监控及操作按钮等数字量(开关量)分别与PLC的I/O端子相连,在程序中,每个端子规律地被PLC系统赋予固定的地址,相互之间存在着确定的逻辑关系。

汽车动力转向液加注机储液罐自动补液逻辑控制程序如图2所示。PLC采用OMRON的CPM2型。

在程序控制中,手动/自动选择开关打到自动位置时,当液位低于下限值(0.04输入信号动作),对应的LED灯亮,补液泵将自动启动进行补液;液位到达高位后(0.05输入信号动作),对应的LED灯亮,补液泵将自动停止。若液位限位传感器或变送仪表发生故障或者是限位值发生改变,那么液位上下限位会动作混乱,导致泵不能正常启停或者出现补液过多、过少等异常现象。表现在PLC的LED灯上,就是液位高低限位输入信号对应灯的亮灭与输入实际工况不一致,表明对应的外围元件处于故障状态。这就是PLC诊断基于数字量信号故障的基本原理。这种诊断方法,故障定位准确,可进行实时在线诊断。

在对外围元件本身故障进行判断的同时,还应该统一考虑。控制线是否有短路、断路,是否和大电流电缆共同敷设等综合因素。

(2)通过PLC的编程界面,将故障诊断融入过程监控。

系统输入、输出信号较多,且逻辑关系复杂,同时还有温度、流量、压力等模拟量,而借助PLC编程软件的在线监控功能,可以快速有效地进行运行故障诊断。目前PLC各生产厂家都有专用的电脑编程软件,都具有进行在线监控功能,如西门子的STEP7、欧姆龙的CX-ONE、三菱的GX Developer version。

系统中,PLC分别通过3通道、4通道读取加注压力和真空采集值,并转换成数字量存储在数据区DM100和DM110里。打开编程软件的监控功能,如果数据显示8000表示传感器或线路开路;显示FFFF表示传感器或线路短路。

在补液程序中(见图3),也可以通过编程软件在线监控功能,实时了解输入输出点和中间记忆单元的通断状态,结合逻辑关系来快速诊断故障并进行处理。

(3)通过上位机工控组态界面,可以形象、直观地表示故障现象。

现场触摸屏操作和上位机管理站在自动化控制中广泛应用,西门子WinCC、组态王、力控、MCGS等组态软件在实现网络集中图形监控上显示出强大的功能,实时读取PLC系统内部数据并反映到相应的画面上。运用上位机组态软件可以编制故障报警、运行日志、打印报表等画面,通过报警画面和运行日志,可以掌握故障的信息,如故障时间、故障现象、故障的程度等,为判断故障性质和部位提供依据。

例如,加注机控制系统的现场触摸屏组态画面就包含了液位高低报警、气压不足报警、泵过载报警、泄露报警、加注超时报警等画面。触摸屏组态系统具有故障自诊断和报警提示功能。系统出现故障时,画面均显示相应的报警画面,操作和维修人员可以根据故障报警画面显示的信息确定故障范围和相关部位,针对性地处理故障。

3 PLC系统的故障诊断

PLC系统的故障一般影响面大,甚至导致整个控制系统瘫痪。偶然性故障可以在系统断电重启后恢复正常,另外可以重新向CPU模块输入程序,或者复位存储器后再向CPU模块输入程序使系统恢复正常,否则应根据CPU模块LED灯报警信息进一步诊断。

PLC最容易发生故障的地方一般在电源系统和系统总线。电源在连续工作中,电压和电流的波动冲击是不可避免的。PLC的电源输入前端应加隔离变压器,某些场合,可同时采用加隔离变压器和低通滤波器的方法,抑制来自电网的干扰与冲击。变压器二次连接线应采用双绞线,同时加装降温措施,并定期除尘。系统总线的损坏主要出现在模块式PLC上。模块式PLC多为插件结构,经常插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏。在环境温度、湿度的影响下,总线印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损坏的原因。所以在系统设计和处理系统故障时,要考虑到空气、尘埃、腐蚀等因素对设备的破坏。

外界环境干扰也是造成PLC系统故障的重要原因,因此电源、传感器、仪表等布线应尽量与动力电缆分开敷设,特别要远离高干扰的变频器输出电缆,并将PLC规范接地。如果硬件上不能抑制干扰,也可以借助软件编程,如利用PLC软元件里的定时器、计数器、辅助继电器等。

系统程序组态和硬件设置不一致也是PLC系统发生故障的原因。例如,在设置西门子模拟输入块量程卡时,A、B、C、D点的位置分别对应温度和电阻测量、电压输入、4线制变送电流输入(4DMU)、2线制变送电流输入(2MUD),如果软件和硬件设置不一致,会使模拟量无法读取,导致模拟量模块采集故障,采集通道出现红灯报警。

4 结语

PLC控制系统本身是一个完整的系统,所以在分析、处理故障时要综合考虑,熟练运用PLC自身的诊断功能、编程软件在线监控和上位机组态画面报警等手段,快速、准确地掌握故障信息,提高诊断效率,降低故障损失和系统运行成本。

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2009

[2]张万忠,钱入庭,孙晋,等.可编程控制器入门及应用实例[M].北京:中国电力出版社,2008.

PLC故障诊断 第9篇

1 远程故障诊断系统

1.1 计算机与控制器直接连接的远程诊断

根据控制系统所采用的控制器的不同,远程连接的方法也各不相同。笔者将以西门子S7-412 PLC的远程连接方式为例介绍。首先,计算机与远程PLC通讯需要由PLC厂家提供软件,对于S7-412 PLC来说需要其编程软件Step 7。笔者选用基于Modem拨号的方式和远程S7-412 PLC进行通讯,只要在两端分别放置一个Modem,通过通讯适配器TS-Adapter 连接到PLC的MPI口,需要时就可以进行拨号连接,通过MPI(Multi Port Interface)网络进行远程访问。该方案是西门子 PLC远程访问的标准配置。计算机和远程的PLC站之间是通过Modem拨号进行连接的(图1),该方案需要的软/硬件包括: SIEMENS TeleService 软件及Step 7软件;两根电话线,两个串口Modem,一个TS-Adapter适配器。这种方案的优点在于配置简单,无需额外的通讯模块。PC机上只需要有串口,PLC站则只需要CPU上的MPI(或Profibus)口(PLC自带)即可。

1.2 远程故障诊断系统在磨浆机轴承故障检测中的应用

高浓磨浆机是APMP制浆系统关键设备之一,大部分高浓磨浆机是高压电机,且转速非常高,一旦出现故障将造成严重的生产事故,给企业带来巨大的经济损失。因此,对APMP高浓磨浆机的故障诊断显得尤为重要。磨浆机的故障有30%是来自滚动轴承[2],因此对滚动轴承故障诊断成了研究中心之一。笔者提出了基于西门子PLC的BP神经网络远程智能诊断方法,实际的应用证明了该方法的有效性,使工厂设备稳定、运转安全,节约了生产成本。

只要在两端分别放置一个Modem,通过通讯适配器TS-Adapter 连接到PLC的MPI口,需要时就可以进行拨号连接,通过MPI口进行远程网络访问[3]。

远程故障诊断的任务是在当本地的故障诊断系统无法诊断出故障时,自动运行远程故障诊断系统进行诊断。远程故障诊断能够实时地监控本地故障诊断系统的请求信号,一旦接收到本地故障诊断系统的请求信号便立即作出回应。在验证了用户信息之后,便建立连接并接收本地系统的故障诊断数据,然后启动BP神经网络故障诊断系统进行诊断,完成后将结果输出给本地的故障诊断系统。远程故障诊断系统采用本地和远程相结合的方式,本地的故障诊断中心采用基于产生式规则的故障诊断专家系统,并负责故障的检测以及通过Internet与远程故障诊断中心进行交互。远程故障诊断中心采用基于BP神经网络与专家系统相结合的方式,系统结构如图2所示。

1.3 VB与MATLAB的集成[4]

本文整个远程故障诊断系统的设计是基于Visual Basic 6.0 来实现的,由于VB对数据的处理功能不是很理想,对于实现BP神经网络算法难度较大,因此利用在VB中调用MATLAB的方法来实现。VB与MATLAB的集成方法为:利用mcc命令将M文件直接编译成独立的外部应用程序即EXE文件,然后在VB中使用Shell命令即可实现VB与MATLAB的无缝集成,其主要步骤为:

a. 用mcc命令将M文件生成EXE文件,比如将hhfd.m可使用“mcc-m hhfd.m”命令生成hhfd.exe文件;

b. 声明调用的3个API函数;

c. 调用EXE文件。

步骤b的程序如下:

步骤c的程序如下:

通过以上程序,应用程序可以在执行过程中调用.EXE完成特定的计算功能后再继续执行,从而实现与MATLAB的集成。VB程序可以将需要传送给EXE的数据写入一个文件,而EXE文件执行时首先从该文件中读取数据,VB在该程序执行完后读取该文件中的数据,从而实现数据的交换。MATLAB使用load和save命令来进行读写,而在VB中则使用Open函数打开文件,再用Input 和Print函数进行读写数据。

2 原始信号预处理

在机械故障诊断中,振动信号是最常用的检测信号,直接对振动时域信号的时间历程进行分析和评估,是状态检测和故障诊断简单而直接的方法,特别是当信号中含有简谐信号、周期信号或短脉冲信号时更有效。直接观察时域波形可以看出周期、谐波、脉冲,利用波形分析可以直接识别共振现象。但这种分析对比较典型的信号或特别明显的信号以及较有经验的人员才比较适用。因此,可以考虑利用各种动态指标进行诊断,把动态指标作为BP神经网络的输入特征矢量判断故障。要想早期发现故障,就必须从采集的诊断信号中提取对故障最为敏感的参数即故障特征参数[5]。经过分析优化比较,本文选取的故障特征参数为:峰值、均方根值、裕度指标和波形系数。

3 仿真

3.1 输入和目标向量设计

BP神经网络输入实际上就是特征量的提取,对于特征量的选取,主要考虑它是否与故障有比较确定的因果关系,如果输入输出征兆参数和故障没有任何关系,就不能建立它们之间的联系[6]。根据这一原理,笔者选取峰值、均方根值、裕度指标、波形系数做为BP神经网络的输入。接下来确定BP神经网络的输出模式,由于滚动轴承包括3种故障模式,所以输出的形式可以表示为:无故障:(0,0,0);外圈故障:(0,0,1);内圈故障:(0,1,0);滚珠故障:(1,0,0)。因此,BP神经网络的轴承故障检测模型如图3所示。

3.2 BP神经网络输入数据分析

在确定了BP神经网络的结构后就可以对神经网络进行训练了。首先要获取用于训练的故障样本集,根据对PLC采集到的故障数据分析,可以得到故障样本集见表1(由于篇幅的限制,本文只给出轴承在800r/min时的部分采样数据)。

3.3 BP神经网络的创建

BP网络模型结构的确定有两条重要的原则[7]:对于一般的模式识别问题,三层网络可以很好的解决;三层网络中,隐含层神经元个数n2和输入层神经元个数n1之间近似关系为:n2=2n1+1。由此,可按照如下的方式设计网络,网络的输入层神经元个数为5个,输出层神经元个数为4个,所以隐含层的神经元个数近似为11个。隐含层的神经元个数并不是固定的,需要经过实际训练的结果来不断调整。在MATLAB的M-File中编写前面描述的仿真语句:

可见,经过102次训练后,网络误差达到要求,误差曲线如图4所示。

用load指令把训练好的网络调出来,对训练好的网络进行测试。抽取1组新的数据作为网络的测试输入数据,见表2。

测试代码为:

测试结果为:

可以看出,这些误差是非常小的。因此,可以判定,经过训练后,BP神经网络是完全可以满足滚动轴承故障诊断要求的。

4 结束语

笔者提出的这种本地与远程相结合的故障诊断系统的模式,较好地解决了远程数据不易获取的难题,同时通过本地故障诊断系统提高了实时故障检测的能力,减轻了远程故障诊断的负荷,提高了系统运作的效率。本文实现了将BP神经网络用于远程故障诊断,使得故障诊断系统的诊断能力得以提高,知识得以扩充。

摘要：采用基于PLC的远程故障诊断系统对滚动轴承进行检测,该系统通过专家系统与BP神经网络相结合的方法对异地系统进行故障诊断和维护,具有快速交换诊断信息、加快故障诊断速度、减少故障对生产造成的负面影响等优点。企业采用跨地域诊断技术对滚动轴承进行故障检测,能产生巨大的经济效益,因此其研究具有重要的经济意义和实用价值。

关键词：BP神经网络,PLC,滚动轴承,远程故障诊断

参考文献

[1]成宝芝,郭险峰,陈春雨等.基于嵌入式技术的无限远程监测系统设计[J].化工自动化及仪表,2010,37(4):73～75.

[2]李渭华,萧德云,方崇智.一种基于自适应滑动窗格形滤波算法的故障检测器[J].自动化学报,1996,22(2):251～253.

[3]Jiang D X,Ni W D.Network System of Remote on-lineMonitoring and Diagnosis for Thermal System in PowerPlants[J].Journal of Tsinghua University,2000,40(2):7～80.

[4]张宏立,陈华,李吉.实现VB与MATLAB数据交换的新方法[J].计算机应用与软件,2004,21(11):51～52

[5]武建军,邓松圣,周爱华等.自适应小波降噪的泵机组故障诊断[J].化工自动化及仪表,2010,37(4):36～38.

PLC故障诊断 第10篇

随着时代的进步, 微处理器、计算机和数字通信技术有了飞速发展, 计算机控制已经广泛地应用在几乎所有工业领域。PLC即可编程控制器是以微处理器为基础的通用工业控制装置, 它具有极高的可靠性和灵活性, 其应用面极广、功能强大、使用方便, 已在工业生产的所有领域广泛应用, 特别是西门子公司的S7-300/400在大中型PLC中应用最广, 市场占有率最高。

1 结构简介

1.1 S7-300

S7-300是模块化的中小型PLC, 适用于中等性能的控制要求。它主要由电源模块、中央处理器、通信处理器、接口模块、信号模块、功能模块和导轨组成, 电源模块通过电源连接器或导线与CPU相连, 为CPU和其他模块提供DC 24V电源, 其他模块则通过总线连接器和集成在模块上的背板总线相连接。

S7-300的所有模块都必须安装在机架上, 电源模块安装在机架的最左边, 即1号槽, CPU紧靠电源模块, 即2号槽, 如果有接口模块, 则放在CPU模块的右侧, 即3号槽, 其他模块使用4-11号槽。除带CPU的中央机架, 最多可增加3个扩展机架, 每个机架可插8个模块 (除电源模块PS、中央处理器CPU和接口模块IM) 。

1.2 S7-400

S7-400是具有中高档性能的PLC, 易于扩展, 通信能力强。它主要由机架、电源模块、中央处理单元、通信处理器、接口模块、功能模块和信号模块组成。机架用来固定模块、通过模块工作电压和实现局部接地, 并通过信号总线将不同模块连接在一起, 机架的总线连接板上焊有模块插座, 所有模块固定在机架插座上, 并从机架上获取工作电压。如果一个机架容纳不下所有模块, 可以扩展一个或数个机架, 各机架之间用接口模块和通信电缆相连。

2 常见故障诊断及处理

2.1 利用LED诊断

2.1.1 利用CPU的LED诊断

S7-300/400 CPU的LED指示灯定义大致一致, 通过CPU面板上的LED状态指示可分析出故障原因, 从而进行处理。

1) SF红亮, 即系统故障, 这种故障大多为编程或参数出错, 也有可能是CPU硬件故障。此灯亮可先检查硬件组态的模块结构是否与实际硬件布置一致, 再检查逻辑、CPU配置信息是否有错误, 若上述检查皆正常可尝试更换CPU。

2) SF红亮, BF (S7-400为BUS1F和BUS2F) 红亮或闪烁, 即通信接口有硬件故障或软件故障, 其中BUS1F对应DP/MPI接口1的总线故障, BUS2F对应DP/MPI接口2的总线故障。若是软件故障, 检查通讯设置的DP/MPI接口地址、传输率是否错误或IP地址是否有误;若是硬件故障, 检查DP/MPI接口是否松动或故障, 检查通讯电缆接头内接线是否松动或通讯线是否破损, 检查MPI电缆终端开关是否设置错误。

3) FRCE黄亮, 即逻辑中至少有一个I/O被强制为固定值, 这个值不会因为用户程序的执行而改变。可执行变量表的菜单命令“变量”-“停止强制”, 解除对强制表中所有变量的强制。

4) 若模件所有灯均熄灭, 检查DC 24V电源模块。

2.1.2 利用接口模件的LED灯诊断

接口模块IM用来实现中央机架与扩展机架之间的通信, PROFIBUS-DP网络就是基于接口模件而建, 这种通信只需对网络通信作简单的组态, 不用编写任何通信程序, 就可以实现DP网络的通信。当DP网络故障时, 可通过接口模件的LED状态指示进行诊断和分析。

1) SF红亮, 此灯亮一般会伴随CPU的SF灯红亮, 即系统故障。这种情况同CPU的SF灯红亮的处理方法大致相同, 即检查硬件组态的模块结构与实际结构是否一致, 若模块丢失、缺损或已安装未组态的模块, 均会有此报错。

2) SF红亮, BF红亮或闪烁, 即总线错误, 硬件故障或软件故障都有可能出现这种现象。硬件故障可检查IM模块和总线连接器, 或检查连接到DP主站的总线电缆是否中断;软件故障可检查DP网络的参数设置, 如传输率、DP地址 (有效的DP地址为1~125) 。

3) 若模件所有灯均熄灭, 检查24V DC电源模块。

2.2 利用软件诊断

S7-300/400有很强的故障诊断功能, 通过STEP7可以获得大量的硬件故障与编程错误信息, 这些标有日期和时间的错误信息保存在CPU的诊断缓存区内, 如果用户已对有关的错误处理组织块编程, CPU将调用该组织块。利用软件编程或查看诊断信息, 用户能快速地查找和排除故障, 下面介绍几种常见的利用软件诊断故障的方法。

2.2.1 利用诊断缓冲器诊断

打开SIMATIC管理器中所选项目的硬件管理, 选中要诊断的模块, 执行菜单命令“PLC”-“模块信息”, 选中对话框中的诊断缓冲区即可显示该模块发生的所有事件, 选中发生的某一事件, 在对话框下面的灰色区域将显示所选事件的详细信息。用此种办法打开CPU的诊断缓冲区能看到最近发生的所有诊断事件, 如模块故障、过程写错误、CPU中的系统错误、CPU运行模式的切换、用户程序的错误等。

2.2.2 显示硬件诊断信息

在SIMATIC管理器中选中需诊断的项目, 执行菜单命令“PLC”-“诊断/设置”-“硬件诊断”, 选择对话框中“打开在线站点”, 诊断视窗显示整个站在线的组态, 包括机架的组态和所有组态模件的诊断符号, 这些诊断符号用来形象直观地表示模块的运行模式和模块的故障状态, 如模块故障、当前组态与实际组态不匹配、无法诊断、强制等。

3 结束语

当现场设备出现故障时, 应采用多种方法进行诊断分析, 只有多渠道、多方面地统筹考虑才能高效找出故障原因和解决方法。

摘要：S7系列是西门子自动控制系统的关键部件, 其以极高的性价比在我国的各行各业得到了广泛的应用。本文主要介绍了S7-300/400的结构和应用中常见故障, 并对其常见故障提出诊断经验及处理办法。

关键词：西门子,S7-300/400,故障诊断及处理

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社, 2008 (02) .

PLC故障诊断 第11篇

关键词：Plc-analyzer,卸船机,波形检测

1 前言

智能化和自动化是现代港口起重机向更高阶段发展的必然结果, 是现代智能高科技在港口起重机械中应用的体现, 在大幅提高起重机械工作效率和保障安全生产的同时, 对于现场技术人员也提出了极高的要求。如今面临的电气故障也复杂化和多样化, 将军难打无兵之仗, 先进的检测方法往往使疑难故障处理起来事半功倍, 即可大幅度缩短维修时间, 还可减少因原因不明造成设备的二次伤害。

2 监测手段缺乏

一期港口共有6台桥式抓斗卸船机, 设计能力为2750T/h, 由西门子PLC S7-400和6SE71系列装机柜型变频驱动系统组成卸船机核心的电控机构。具有效率高, 精度高, 安全性高等优点, 但其机构复杂, 日常维护和维修过程中, 对于PLC我们可以使用西门子自带的STEP 7, 变频器可以使用西门子drive monitor进行参数设定, 这只能做到对于故障点瞬时值的监控, 无法做到对整个故障, 以时间为单位的波形的记录。若使用drive monitor自带的TRACE波形监控软件, 系统存在以下的问题: (1) 设置复杂, 反应慢; (2) 只能监控变频器参数, 无法记录PLC的变化; (3) 缺乏对复杂问题全局的监控。

3 Plc-analyzer的介绍

经过实践和比对, 在故障诊断时采用AUTEM Gmb H公司的PLC-analyzer进行波形检测, 可以有效做到对设备运行状态的监控, 并且能有助于工程师快速找到故障点, 迅速解决问题。PLC-analyzer是一款用于记录PLC运行数据的软件, 它的用途是在线记录PLC中的数据并提供归档文件, 帮助现场人员捕捉和分析程序中的执行异常。记录数据可以通过自定义的一些触发条件 (如某个过程值超过设定值、某些外部信号的逻辑组合为真时、特定的时间段等等) 来启动和停止;你也可以定制一些远程服务, 譬如当某些触发条件成立时软件自动向你的邮箱发送记录文件。该软件但安装简单且自住性高, 可以通过监控一段时间内波形的幅值进行自定义, 画出直观的曲线进行简单的分析。

PLC-analyzer支持多个品牌的PLC, 如西门子S7/S5、Allen Bradley、OMRON等。

4 通过Plc-analyzer快速处理故障实例

卸船机故障处理过程中Plc-analyzer多次起到了关键作用。

4.1 故障分析

2014年7月5日下午, 5号卸船机正常作业, 在抓斗回漏斗的过程中, 小车突然失控冲出作业区域, 撞到挡风门。经检查小车变频柜的进线柜空开跳闸, 变频器内部无明显损伤。该事件造成挡风门受损严重, 因为没有合适的监测软件, 通过现象分析故障原因, 怀疑问题出在编码器上, 因为小车位置失准, 造成减速区域没有减速, 所以撞上挡风门后, 致使变频器瞬时电流过大, 引起空开跳闸。初步分析后, 更换小车电机编码器。

更换后在试车过程中又出现该问题, 于是更换小车这组变频器的控制箱, 经过试车后, 故障暂时没有出现, 于是作业, 可经过2个小时的作业后, 该问题又再次出现, 疑难故障反复出现使现场技术人员很是头疼, 只能通过排除法, 利用经验逐个换件来查找造成故障的原因。不但更换备件耗时耗力, 还带来了维修成本的上升和生产效率下降。

因此对于现场技术人员拥有一套行之有效的监测工具, 往往可以使故障处理起来事半功倍, 既能节约维修成本, 提高维修效率, 还能保证生产安全, 设备稳定运行。Plc-analyzer就做到了这点, 它可以实时记录各个节点的状态, 可以观察各个节点的异常状态, 便于工程师分析故障原因, 查找故障点。下面做详细介绍

4.2 Plc-analyzer的设置

该软件的设置也非常简单, 首先是要与PLC之间建立起通讯, 软件装到上位机系统后, 通过工业Internet连接到PLC后, 点击PLC-driver设置属性一览里的站地址一览中输入PLC的通讯地址PLC的通讯地址为192.168.2.225。

点击OK, 新建new project后会弹出Project options, 在中框Symbol addresses里会自动显示与STEP7符号表对应的所有点, 从表中选出所需要检测的故障点后点Accept。在右侧的Adresses in set的对话框内就会显示出来。在ONLINE选项卡里进行在线设置, 在SCALING选项卡里可以设定监控点的属性, 例如设为2进制或者10进制等。在TRIGGER选项卡里可以对参数进行逻辑组合。

我们把此次故障分为3个部分来监控, 第一部分是司机室, 观察司机室的操作行为, 记录手柄的状态, 手柄编码器的输出幅值, 检测手柄的给定, 第二部分我们监测变频器的状态, 我们取出小车柜子逆变柜的输出电流, 电压, 频率, 力矩, 记录小车的速度给定, 监测小车的控制字和状态字, 第三部分我们检测一些外围的硬件, 如, 编码器检测值, 进线空气开关, 制动器接触器, 液压夹轮器继电器等外围辅助设备。

将以上相关的点, 全部选择后, 作为图形的Y轴, 这里有些点是和变频器的参数读取来的, 将变频器的状态字SW1, 通过Profibus现场总线技术传到PLC的DB数据文件里, 状态字包含了变频器的输出电流, 输出电压, 输出力矩和输出频率还有速度的实际值。通过调用数据块就可以直观的反应变频器的状态。

4.3 拍摄波形

设置好所有点后, 就可以检测设备的运行状态了, 系统会以时间为X轴, 该时间段的大小可以任意设置, Plc-analyzer会详细监测所设置点的运行状态, 利用该软件后故障再次发现时, 我们立刻就找到了原因出在哪里, 原来是进线大空开在小车加速到全速时, 因自身故障原因, 造成突然跳闸断电, 使小车驱动失去动力。由于原有设计对这种意外情况没有考虑, 其设计制动器动作条件只有在小车速度降为3%以下才发生, 此时小车由于失电无法控制, 且没有外围制动, 小车冲出作业区域直到司机拍下急停后才停下来, 状况十分危险。