PLC控制系统故障检测与显示.pdf

低压电器(2 0 o 2 4)P L C 控翩系统故障检溅s显示 P L C控 制 系统故 障检 测 与显示 刘美俊 湖南工程学院(4 1 1 1 0 1)摘要根据 P L C控制系统故障产生的不同，提出了几种不同的故障检测程序的设计方法，包括首发故 障信号 自检、状态逻辑判断和时间极限检测等。也给出了故障信号显示的方法。这些方法对提高 P L C系统 的可靠性 和安全性 是十分有用 的。叙词：可编程序控 制器故 障检 测程序 设计 中图分类 号：T P 3 9 1 8 Pr o g r a m De s i g n o f Fa u l t De t e c t i o n a n d Di s p l a y f o r PLC Co n t r o l S y s t e m L I U Me i j u n Hu n a n I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g(4 1 1 1 0 1)Abs t r ac t：S e v e r a l me t h o d s o f p r o g r a m de s i g n o f f a u l t de t e c t i o n f o r PL C c o nt r o l s y s t e m we r e pr e s e n t e d b a s e d o n d i f f e r e n t f a u l t o f c o n t r o l s y s t e m，i n c l u d i n g t h e s e l f-d e t e c t i o n o f f a u l t s i g n a l s g e n e r a t i n g fi r s t l y，t h e j u d g e me n t o f l o g i c o f s t a t e a n d t h e d e t e c t i o n o f t i me l i mi t T h e me t h o d s o f d i s p l a y o f f a u l t s i gn a l s we r e g i v e n as w e l 1 Th e s e me t h o d s a r e us e f u l for r ai s i n g t h e r e l i a b i l i t y a nd s a f e t y o f PL C s y s t ems Ke y wo r d s：PLC f a u l t d e t e c t i o n p r o g r a m d e s i g n 1 引 言 在 P L C自动控制系统 中，虽然 P L C本身 的可 靠性很高，但 P L C的外部设备，如输入元 件、输 出 执行元件、被控设备及输入输 出信 号线 路等 的故 障率却较高。这些设备一旦 出现故 障，都将影响 整个控制系统的正常工作。因此，在 P L C程序 中 增加故障检测程序，及时、准确地发现故障并根据 故 障类型分别作 出处理是十分必要的。2 首发故障信号 自检法 在 P L C控制 系统 中，往往一个故障发生随后 会有多个故 障发生。此 时，如果 能及时找 出第一 个故障信 号，将给排除故障带来很大方便，从而有 效抑制后来 故 障的发 生。这就 要求在 设计 P L C 控制程序时增加首发故障 自检程序。图 1 为某 P L C控制系统首发故障 自检程序 梯形 图，该系统共有 8个故 障信 号，分别记 为 。状 态 为 1 时 表 示 故 障，为 与 故 障 第作者 刘美俊，男，1 9 6 8年生，工学硕士，讲师，工程师。一3 2 一 图 1 首发故障信号 自检程序梯形图 信号相对应 的中间变量。一旦有故 障发 生，就在 中记录该信 号，若 相对 应 的输 入为 首发 故 障信号，则该位为 1，也就是说，如果 的状态 为 1，则 为首发故障信号；如果 的状态为 1，则 为首 发故 障信 号，其 余依 此类 推。在 图 1 第 1 个支路，当 为 1，Mo 置位，若首发故障已存 在，那么 中已有一个 变量为 1，则 复 位，即。不是首发故障信号；若首发故障不存在，维普资讯 http:/ P LC控翩系统故障检测s显示 低压电器(2 0 0 2 N o 4)那么。一 中没有一个值为 1，则 为 1，X。为首发故 障信号；其 余依此类推。一旦有故障发 生，就在 眠 中记 录了最先发生 的故障。3 状 态逻 辑判 断法 在 P L C控制 系统 中，各 输人、输 出信号 与辅 助寄存器之间存 在着确定 的状态逻辑关 系，这种 关系是 由控制要求决 定的。因此，通过 检测各状 态信号是否符合 正常逻辑关系，可 以判 断其是否 处于故障状态。根据 检测范 围的不 同，分为局部 状态检测法和系统综合判断法。3 1局部状态检测法 局部状态检测法就是根据控制 系统中某一对 或几对输人、输出信号之间 的状态逻辑关系，直接 判断故障的发生、故 障部 位与原因。这 种方法特 别适用于系统 的关键部 位 以及常见故障 的检测，它能有效地检测设备运行动作指令的发出与动作 感应元件收到信号的联系，行程开关的先后动作 次序以及运行 中各工步动作之间的互锁关系。例如，在组合机床控制 中，正常情况下机床动 力头原位限位开关与向前进给运行 的终点限位开 关是不会 同时被压下 的，即这两个输人信 号不可 能同时为“1”状态。如果这两个输人信号同时出 现了“1”状态，则说 明至少 有一个 限位开关 出现 了卡死故障。因此，可 以在用户程序 中增 加一条 这两个信号相“与”去 驱动某继 电器 的程序。当 这种“与”函数 的输出状态 为“1”，则输 出故 障显 示报警和停机信号。图 2为一个局部逻辑错误检 测程序。动力头 动 力 动 力头 原位 故障 终 点 故障 故障 记 录 图 2 局部逻辑错误检测程序梯形图 3 2 系统综合判断法 P L C控制系统在正常工作的情况下，各输人、输出信号和中间记忆装置之间存在着确定的逻辑 关系，如果这种逻辑关系被打乱，出现异常逻辑关 系，必定是控制系统出了故障。此时，P L C应停止 执行正常的程序。因此，可 以事先编制好 一些 常 见故 障的异常逻辑程序，加 进用户程序 中。当这 种逻辑关系 出现状 态为“1”，就必然 出现相 应的 设备故障，即可将 异常逻辑关系 的状态输 出作为 故障信号，用来实现报警、停机等控制。例如，某工作装置有、。2个输人，一 4个输出，其正常逻辑关系有以下 3种：Xo X1 V o Y1 Y2 X o x Xl X r oY l X】，2 Xo x Xl X r o Yl X 其逻辑错误检测程序如 图 3所示，M4 0 0、M矧、M彻 为合法状态标志，为报警、停机输 出触头。3种合 法标志 报警、停 机信 号 图3 系统逻辑错误检测程序梯形图 由图 3可 见，在逻 辑关系正 常时，4。、。、加 均得电，其常闭触头断开，无输 出；反之，这 种逻辑关 系被打乱 时，、加 失 电，其 常 闭触头闭合，有输出，系统停机并报警。4 时间极 限检 测法 由于控制系统工作循环 中各工步的运行都有 一定 的严格规定时间或时间范 围，如果某个工步 的运行超 出了这个 时间，工作循 环就无法转人下 一工步，控制系统就不可能正常工作。因此，以这 些 时间为参考，在要检测的工步动作开始的同时 起动一个定时器。定时器 的时间设定值 比正常情 况下该动作要持续 的时间长2 5 左右。当某一工 步动作时间超过规定时间并达到对应的定时器预(下转第 4 9页)一33 维普资讯 http:/ 铁路客车断路器和接触器性能及可靠性测试系统 低压电器(2 0 0 2 4)中有大量 I O输 m，A D采集，D A控 制等硬件 操作，而 C语言具有 良好 的硬件 操作能力，因此 把对硬件 的操作用 C语言编写，封装成动态链接 库，供 V i s u a l B a s i c调用，可以快速开发 出优化、友 好的应用程序。(3)对接触器的测试数据进行概率统计分析 与寿命预测，可 以对接触 器元件的剩余 寿命进行 有效估计。6 结 论 铁路客车断路器及接触器综合性能测试系统 2 自2 0 0 1年 3月 开始，分别在 哈 尔滨铁 路局 三棵 树、牡丹江、佳木斯等车辆段投入使用，运行结果 表 明，该 测试 系统性 能稳定、可靠，各项技术指标 均满足用 户使用要求。(1)通过负 载T艺 设计 和微 机数 字编 码控 制，可以实现具有较高分辨率 的负载编码电路。5 (2)通过微机闭环控制，可 以实现编码 电源 输 出电流的 自动补偿控制，使其达到试验 电流 的 控制精度。(上 接 第 3 3页)置时间却还未转入下一个 工步动作时，定时器发 m故障信号，停止正常丁作循环程序，起动报警及 显示程序，这就是所谓“超节拍保护”。这种时限检测方法还可 以用作原有保护措施 的后备保护。例如，某电动机分段切除起动电阻，采用 电流原则控制，假定电流继 电器失灵则 可能 烧坏 电动机。如果加设 了时限故障检测并采用故 障检测信号来停机，则可起到后备保护 的作用。5 故 障信 号 的显示(1)直接分别显示。无论采用上述哪种检测 方法，其具体的故障信号分别与某故障一一对应，这样，最简单的办法是直接分别显示，每个故障检 测信号设置 1 个 显示单元，这样做直观、清楚。缺 点是需要 的输出点数较多。(2)集中显示，信号共用。这种方法是所有 的故障检测信号共用 1个 显示 单元，或者几个故 障信号共用 1个显示点，这样能显示有故障发生，节省 P L C输 出点数，但 不能 指示具 体 部件 或元 件。(3)分类组合显示。将所有的故障检测信号 按层次分成组，每组各包括几种故 障。如对 于多 参考文献 丁正平 低压电器试验数据采集及处理系统(I)J 低压 电器，1 9 9 5，(4)陆俭 国，李志刚 电器试验技术与试验方法 M 北 京：机械工业 出版社，1 9 9 5 L i Zh i g a n g，Z h a n g Na i k u n，L u J i a n g u o A Ne w Re l i a b i l i t v T e s t D e v i c e f o r E l e c t r o ma g n e t i c Re l a y s A 1 4 5【h R e l a y C o n f e r e n c e C ，1 9 9 7 7 1 7-5 哈尔滨铁路局 发电车、空调客车 级大修作业标准 S 2 0 0 0，9 麻冰玲 我 国电气化铁路客车供 电探讨 J 铁道车 辆，1 9 9 9，3 7(6)：3 53 6 收稿 日期：2 0 0 2-0 6 1 2 工位的机加工 自动线的故障信号，可分 为故 障区 域(单机号)、故障部件(动力 头、滑合、夹具等)、故 障元件 3个层次。当具体的故障发生时，检测 信号 同时分别送往 区域、部件、元件 3个显示组，这样可指示故障发生在某一 区域、某部件 和某元 件上。6 结束语 P L C控制系统错误检测程序的设计方法还有 很多，在软件 开发时，应充分考虑 到系统可能 出现 的故障，并设计 出相应 的防范程序，这些故 障是可 以避免的，控制 系统的运行将更 加安全稳定。因 此，这些设计方法是提 高 P L C控制系统可靠性 和 安全性的措施之一。参考文献 1 廖常初 可编程序控制器应用技术 M 重庆：重庆大 学 出版社。1 9 9 6 2 杨长能等 可编程序控制器基础及应用 M 重庆：重 庆大学 出版社。1 9 9 2 3 刘美俊 P L C在机加工自动线中的应用 J 浙江机电 工程，2 0 0 0，(1 4)：7 3 9 收稿 日期：2 0 0 1 1 0-2 8 -4 9 -维普资讯 http:/