胡濱?屠振蕊

摘 要：隨著PLC技術(shù)水平不斷提高，自動(dòng)化的集成度也在不斷提高。利用PLC和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了故障系統(tǒng)的智能化，充分利用PLC硬件資源和外圍線(xiàn)路的鏈接，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷，快捷方便。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)電設(shè)備；故障診斷

1 PLC診斷機(jī)電設(shè)備故障的基本原理

機(jī)電設(shè)備的故障信號(hào)有開(kāi)關(guān)量和模擬量之分，PLC采用不同的方法對(duì)這兩種信號(hào)對(duì)應(yīng)的故障進(jìn)行診斷。

1.1 基于開(kāi)關(guān)量信號(hào)的故障診斷

PLC對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的識(shí)別是通過(guò)其開(kāi)關(guān)量輸進(jìn)模塊完成的。PLC控制機(jī)電設(shè)備時(shí)，設(shè)備中的壓力、溫度、液位、行程開(kāi)關(guān)及操縱按鈕等開(kāi)關(guān)量傳感器與PLC的輸進(jìn)端子相連，每個(gè)輸進(jìn)端子在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個(gè)“位”，每個(gè)“位”在內(nèi)存中為一個(gè)地址。輸進(jìn)“位”的工作原理，如圖1示。圖中，IN代表開(kāi)關(guān)量輸進(jìn)，COM為信號(hào)公共端。IN為ON時(shí)，光敏三級(jí)管飽和導(dǎo)通，否則截止。故PLC的內(nèi)部電路可以“感知”開(kāi)關(guān)信號(hào)的有無(wú)。讀取PLC輸進(jìn)位的狀態(tài)值可作為識(shí)別開(kāi)關(guān)量故障信號(hào)的根據(jù)。診斷開(kāi)關(guān)量故障的過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是將PLC正常的輸進(jìn)位狀態(tài)值與相應(yīng)的輸進(jìn)位的實(shí)際狀態(tài)值相比較的過(guò)程。假如二者比較的結(jié)果是一致的，則表明機(jī)電設(shè)備處于正常工況，不一致則表明對(duì)應(yīng)輸進(jìn)位的設(shè)備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于開(kāi)關(guān)量信號(hào)故障的基本原理。這種診斷方法，故障定位正確，可進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)診斷。通過(guò)PLC的梯形圖編程，還可將故障診斷融進(jìn)過(guò)程控制，達(dá)到保護(hù)機(jī)電設(shè)備的目的。

1.2 基于模擬量信號(hào)的故障診斷

PLC對(duì)模擬量信號(hào)的識(shí)別是通過(guò)PLC的模擬量輸進(jìn)輸出模塊來(lái)完成的。模擬量輸進(jìn)輸出模塊采用A/D轉(zhuǎn)換原理，輸進(jìn)端接收來(lái)自傳感器或信號(hào)發(fā)生器的模擬信號(hào)，輸出端輸出的模擬信號(hào)作用于PLC的控制對(duì)象。

PLC診斷模擬量故障的過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是將在相應(yīng)A/D通道讀到的監(jiān)測(cè)信號(hào)的模擬量的實(shí)際值與系統(tǒng)答應(yīng)的極限值相比較的過(guò)程。假如比較的結(jié)果是實(shí)際值闊別極限值，則表明機(jī)電設(shè)備對(duì)應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，假如實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判定故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設(shè)定開(kāi)關(guān)可精確設(shè)置該極限值。

當(dāng)模擬量的實(shí)際值達(dá)到模擬量設(shè)定開(kāi)關(guān)的設(shè)定值，PLC還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動(dòng)開(kāi)關(guān)量模塊上的輸出位，或者從PLC的通訊口主動(dòng)發(fā)起通訊，從而輸出故障診斷的結(jié)果，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的控制。

1.3 基于中斷方式的故障診斷

PLC的中斷方式有：

（1）輸進(jìn)中斷。開(kāi)關(guān)量模塊的輸進(jìn)位FF變?yōu)镺N時(shí)，由PLC的CPU執(zhí)行的中斷。

（2）間隔定時(shí)器中斷。由一定精度的間隔定時(shí)器啟動(dòng)執(zhí)行的中斷。

（3）高速計(jì)數(shù)器中斷。根據(jù)PLC內(nèi)裝的高速計(jì)數(shù)器確當(dāng)前值執(zhí)行的中斷。

其中，輸進(jìn)中斷特別適合于機(jī)電設(shè)備的故障診斷。它對(duì)應(yīng)于產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)的硬中斷，屬于外部中斷，但PLC的輸進(jìn)中斷可用PLC的外部指令來(lái)屏蔽。

將機(jī)電設(shè)備的故障信號(hào)作為PLC的輸進(jìn)中斷源，一旦出現(xiàn)故障信號(hào)，CPU立即響應(yīng)，停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到中斷子程序中往，即可方便地對(duì)故障進(jìn)行處理。它與直接利用PLC的內(nèi)部邏輯完成故障診斷的不同之處在于：采用輸進(jìn)中斷處理故障時(shí)，可停止PLC主程序的執(zhí)行過(guò)程，而直接利用PLC的輸進(jìn)和內(nèi)部邏輯處理故障時(shí)，PLC的主程序仍處于運(yùn)行狀態(tài)。因此，要根據(jù)故障對(duì)機(jī)電設(shè)備的影響程度選擇合適的故障診斷方式。PLC的輸進(jìn)中斷方式對(duì)后果嚴(yán)重的突發(fā)故障的處理特別有用。

2 PLC在故障診斷系統(tǒng)中的作用

故障診斷系統(tǒng)是典型的人機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的信息流向和功能劃分的結(jié)果，基于計(jì)算機(jī)智能化的故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸進(jìn)模塊要完成機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)信號(hào)、控制指令和專(zhuān)家知識(shí)的接收工作。處理模塊要求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)提取、控制指令代碼轉(zhuǎn)換的功能。專(zhuān)家知識(shí)的整理和表達(dá)由領(lǐng)域?qū)＜液拖到y(tǒng)專(zhuān)家協(xié)作完成。控制模塊是故障診斷系統(tǒng)的核心，它根據(jù)控制指令，利用專(zhuān)家知識(shí)，完成從故障特征到故障原因的識(shí)別工作?？刂颇K的功能越完善，故障診斷系統(tǒng)的智能化程度越高。輸出模塊通過(guò)聲光報(bào)警裝置和人機(jī)界面，給出故障定位、預(yù)告和解釋的結(jié)果。其中，人機(jī)界面還能提供排除故障的技術(shù)路線(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)信息源從輸進(jìn)模塊到輸出模塊的全自動(dòng)流向，減少人在其中的干預(yù)作用，是機(jī)電設(shè)備對(duì)其故障診斷系統(tǒng)的要求。采用PLC的故障診斷系統(tǒng)，有助于實(shí)現(xiàn)故障診斷過(guò)程的自動(dòng)化。

PLC的開(kāi)關(guān)量輸進(jìn)模塊可用作為開(kāi)關(guān)量故障信號(hào)的輸進(jìn)裝置，模擬量輸進(jìn)模塊可用作為模擬量故障信號(hào)的輸進(jìn)裝置。這兩種模塊均能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

PLC的內(nèi)部邏輯可完成控制模塊中的邏輯推理功能。

PLC的輸出模塊可直接驅(qū)動(dòng)故障診斷系統(tǒng)的輸出模塊。其中，輸出端子可用來(lái)控制聲光報(bào)警裝置和受控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，顯示屏可作為人機(jī)界面使用。

PLC的通訊口即可用來(lái)接受控制指令，又可輸出PLC。

3 利用PLC和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化診斷的方式

實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備故障診斷的智能化，可充分利用專(zhuān)家知識(shí)，進(jìn)步診斷效率，是故障診斷技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

由于目前的PLC產(chǎn)品不具備自動(dòng)獲取和存儲(chǔ)專(zhuān)家知識(shí)的功能，所采用的編程語(yǔ)言無(wú)法完成控制層中的計(jì)算推理功能，因此，單純采用PLC的故障診斷系統(tǒng)的智能程度是相當(dāng)有限的。為此，可利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)，將PLC和計(jì)算機(jī)聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同構(gòu)成故障診斷的硬件系統(tǒng)。

PLC采用并行分布式結(jié)構(gòu)，作下位機(jī)使用，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，可完成PLC的程序下裝，實(shí)施對(duì)多臺(tái)PLC的治理，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)專(zhuān)家知識(shí)，其輸進(jìn)輸出設(shè)備可用作診斷過(guò)程的人機(jī)交互。PLC與計(jì)算機(jī)通過(guò)兩種方式聯(lián)接成一個(gè)整體：一是通過(guò)PLC的通訊口和計(jì)算機(jī)的通訊口進(jìn)行聯(lián)接，二是通過(guò)PLC的輸進(jìn)輸出端子與計(jì)算機(jī)上的開(kāi)關(guān)量板和A/D板進(jìn)行聯(lián)接。其中，PLC通過(guò)通訊口傳遞給上位機(jī)的故障信號(hào)多達(dá)兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，上位機(jī)要通過(guò)編碼進(jìn)行識(shí)別，而通過(guò)PLC輸出端子傳遞給上位機(jī)的故障信號(hào)，上位機(jī)要通過(guò)開(kāi)關(guān)量板輸進(jìn)端子的地址來(lái)識(shí)別。PLC輸進(jìn)端子可接受來(lái)自上位機(jī)的控制信號(hào)或故障信號(hào)。上述兩種聯(lián)接方式把故障診斷系統(tǒng)的輸進(jìn)模塊。

網(wǎng)絡(luò)中的PLC和計(jì)算機(jī)在故障診斷系統(tǒng)中各自扮演著不同的角色。通常情況下，故障診斷過(guò)程中復(fù)雜的邏輯判定、開(kāi)關(guān)量故障信號(hào)的檢測(cè)以及在嚴(yán)重故障狀態(tài)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行的保護(hù)可交給PLC完成，以充分發(fā)揮PLC的技術(shù)上風(fēng)，而復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算和人機(jī)交互可在上位機(jī)上完成。PLC檢測(cè)到的故障信號(hào)可通過(guò)通訊口或輸出端子傳給上位機(jī)，然后調(diào)用上位機(jī)存儲(chǔ)的專(zhuān)家知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分析、判定、決策，并作出公道的解釋。上位機(jī)作出決策之后，又可通過(guò)通訊口或開(kāi)關(guān)量板的輸出端口傳遞控制信號(hào)，并將控制權(quán)交給PLC。充分利用通訊口的功能，有利于減小PLC的規(guī)模。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC可為機(jī)電設(shè)備的故障診斷提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求，選用適當(dāng)?shù)腜LC，可豐富和完善診斷系統(tǒng)的功能。隨著PLC新產(chǎn)品的研制成功，它在故障診斷領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。

參考文獻(xiàn)

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