張志文，李銀廣

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026015）

0 引言

隨著PLC 集中控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中大量應(yīng)用，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電氣控制通過(guò)集控電腦進(jìn)行全程監(jiān)控，給現(xiàn)場(chǎng)維修人員減輕了很大的工作量[1]，但是現(xiàn)場(chǎng)控制柜給集控電腦傳輸?shù)氖蔷C合型故障信息，控制柜內(nèi)很多電氣原件輔助觸點(diǎn)接觸不良、端子排接線松動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)控制電纜老化、破皮或長(zhǎng)期振動(dòng)、摩擦等，都有可能造成綜合型故障。此類故障不定期出現(xiàn)且重復(fù)發(fā)生，稱為電氣軟故障，集控電腦無(wú)法對(duì)此類故障進(jìn)行定位，需維修人員通過(guò)經(jīng)驗(yàn)逐一排查所有電氣控制柜內(nèi)的電氣元件，給維修人員帶來(lái)極大困難[2]。

PLC 集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)此類故障時(shí)，每次系統(tǒng)啟停至少需要（40～50）min，故障如不能徹底排除，既給正常的生產(chǎn)組織帶來(lái)很大的麻煩，又因重復(fù)啟停對(duì)大型設(shè)備造成沖擊損傷。

PLC 集中控制系統(tǒng)中較為常見的電氣軟故障來(lái)說(shuō)，至今沒(méi)有有效的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)、鎖定，仍然是PLC 集中控制系統(tǒng)故障排除中的難點(diǎn)。目前，此類故障的排除還主要依靠維修人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，或者是對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行逐一排查的傳統(tǒng)方法，耗時(shí)較長(zhǎng)，維修工作量較大，既影響生產(chǎn)又對(duì)設(shè)備造成損傷[3]。

1 電氣軟故障分類及診斷方案

根據(jù)電氣信號(hào)傳輸形式，可將電氣信號(hào)故障分為電壓型信號(hào)故障和電流型信號(hào)故障兩大類[4]。

1.1 電壓型信號(hào)故障診斷方案

電壓型信號(hào)即為開關(guān)量信號(hào)的不定期開路性故障。圖1 為針對(duì)電壓型信號(hào)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)的PLC 外圍電路圖，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多路故障信號(hào)。

工作原理：N 端子接需檢測(cè)信號(hào)的公共端，信號(hào)1～n 接需檢測(cè)信號(hào)，K1～Kn 為帶座可拔插隔離繼電器，線圈電壓等級(jí)可根據(jù)信號(hào)電壓等級(jí)來(lái)確定AC 220 V 或DC 24 V，R1～Rn 主要用來(lái)調(diào)整繼電器動(dòng)作靈敏度。待系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，設(shè)備正常運(yùn)行信號(hào)使K1～Kn 線圈得電，K1～Kn 常開觸點(diǎn)閉合，給PLC 傳輸正常信號(hào)，當(dāng)控制信號(hào)1～n 突然瞬時(shí)丟失并瞬間恢復(fù)，由于R1～Rn 的作用使K1～Kn 動(dòng)作要比信號(hào)超前，PLC從而判斷出控制信號(hào)1～n 有瞬時(shí)故障并進(jìn)行故障點(diǎn)鎖定、記錄。需要重新在線檢測(cè)時(shí)，按下觸摸屏復(fù)位進(jìn)入下一步在線測(cè)量，經(jīng)故障現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，尤其應(yīng)用在由多個(gè)設(shè)備組成的系統(tǒng)中，非常準(zhǔn)確。

圖1 電壓型檢測(cè)PLC 外圍電路原理

1.2 電流型信號(hào)故障診斷方案

電流型信號(hào)即泛指控制電路的各支路不定期斷路性故障。圖2 為針對(duì)電流型信號(hào)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)的PLC 外圍電路圖，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多路故障信號(hào)。

圖2 電流型檢測(cè)電路原理

工作原理：圖2 中電流變送器型號(hào)為ETCR007 開合式尖嘴鉗形電流傳感器，分別把ETCR007 卡至懷疑有斷路可能的控制線路支路中，實(shí)時(shí)測(cè)量這幾路控制電路的電流，根據(jù)實(shí)時(shí)電流跳變或設(shè)備故障出現(xiàn)后調(diào)用歷史曲線來(lái)判斷哪路出現(xiàn)故障，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇擴(kuò)展模塊多路同時(shí)測(cè)量。

2 電氣軟故障快速診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)備選型

由于PLC 與觸摸屏產(chǎn)品呈多樣化，PLC 選型主要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用穩(wěn)定和性價(jià)比來(lái)決定，本裝置選用了型號(hào)為西門子S7-200 PLC、昆侖通態(tài)觸摸屏、ETCR007 開合式尖嘴鉗形電流傳感器、EM231-AI4 4 路模擬量輸入及其他附件[5]。

2.2 控制系統(tǒng)要求

（1）系統(tǒng)要穩(wěn)定可靠，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）可以保存多組數(shù)據(jù)，并能按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)快速完成記憶。

（3）要操作簡(jiǎn)單，可以集中控制，節(jié)省人力。

（4）要有故障報(bào)警提示及有效保護(hù)功能[6]。

2.3 系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)主要是通過(guò)PLC，觸摸屏及ETCR007 開合式尖嘴鉗形電流傳感器的綜合應(yīng)用，結(jié)現(xiàn)場(chǎng)電氣軟故障實(shí)際現(xiàn)象來(lái)完成控制要求的。設(shè)計(jì)思路主要是用PLC 來(lái)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)被測(cè)信號(hào)，使用觸摸屏來(lái)完成電流等級(jí)的設(shè)置和信號(hào)變化顯示，歷史報(bào)警查詢的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)故障診斷的目的[7]。

2.4 應(yīng)用設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

觸摸屏與PLC 實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的設(shè)計(jì)，必須確保PLC 與觸摸屏的通信正常，觸摸屏畫面的設(shè)計(jì)、布局合理，內(nèi)部的各種狀態(tài)與變量必須與PLC 程序中的內(nèi)存地址相互對(duì)應(yīng)[8]，最終達(dá)到反應(yīng)循序迅速的效果。電氣軟故障快速診斷系統(tǒng)布局如圖3 所示，包括觸摸屏、指示燈、開關(guān)、電壓接線口及電流接線口，根據(jù)不同信號(hào)接入不同信號(hào)接線口，內(nèi)部PLC 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄，在觸摸屏上顯示，當(dāng)被監(jiān)測(cè)信號(hào)發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，內(nèi)部PLC 立即對(duì)該信號(hào)進(jìn)行記憶鎖定，并通過(guò)指示燈進(jìn)行報(bào)警，此時(shí)維修人員可通過(guò)觸摸屏查看發(fā)生瞬時(shí)故障的信號(hào)源，最終修復(fù)該問(wèn)題。

圖3 電氣軟故障快速診斷系統(tǒng)布局

3 PLC 與觸摸屏的程序介紹

電氣軟故障快速診斷系統(tǒng)PLC 程序由主程序及3 個(gè)子程序構(gòu)成，子程序功能分別為開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)、電流信號(hào)檢測(cè)、綜合信號(hào)檢測(cè)，PLC 控制系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 PLC 控制系統(tǒng)

當(dāng)調(diào)用開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)子程序時(shí)，PLC 進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)模式，當(dāng)檢測(cè)到某一地址狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，馬上傳送該地址序號(hào)至變量區(qū)和歷史數(shù)據(jù)區(qū)，觸摸屏對(duì)應(yīng)顯示該信號(hào)序號(hào)，由于電氣設(shè)備控制都有聯(lián)鎖或閉鎖設(shè)計(jì)，有某一地址狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)其它地址的狀態(tài)也馬上隨著變化，所以在這一地址狀態(tài)發(fā)生變化的同時(shí)切斷其它地址，并完成記錄存儲(chǔ)功能，同時(shí)程序自動(dòng)退出檢測(cè)功能。

當(dāng)調(diào)用電流信號(hào)檢測(cè)子程序時(shí)，接通模擬量地址，PLC 監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)電流，觸摸屏可顯示實(shí)時(shí)電流值，在觸摸屏界面可設(shè)定電流上限報(bào)警值。當(dāng)檢測(cè)到某一電流值超過(guò)上限報(bào)警值，馬上傳送該地址序號(hào)至變量區(qū)和歷史數(shù)據(jù)區(qū)，觸摸屏對(duì)應(yīng)彈出該信號(hào)序號(hào)，并完成記錄存儲(chǔ)功能，同時(shí)程序自動(dòng)退出檢測(cè)功能。

當(dāng)調(diào)用綜合信號(hào)檢測(cè)子程序時(shí)，同時(shí)接通開關(guān)量地址和模擬量地址，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，PLC 記憶至少兩組故障信息，利用這些故障信號(hào)序號(hào)對(duì)應(yīng)設(shè)備工作原理圖分析故障原件位置并更換。

4 總結(jié)

電氣軟故障快速診斷系統(tǒng)投入故障現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，能快速準(zhǔn)確地解決系統(tǒng)電氣設(shè)備出現(xiàn)的各類非周期性電氣軟故障排除困難問(wèn)題。尤其在由多個(gè)設(shè)備組成的系統(tǒng)中，能夠在第一時(shí)間準(zhǔn)確獲得在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理，電路簡(jiǎn)單、自身功耗小、可靠性高，適用于各類故障設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障點(diǎn)的鎖定。同以往經(jīng)驗(yàn)法與逐一排查法相比，彰顯出巨大優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，極大的縮短了維修工作時(shí)間與維修工作量，對(duì)于電氣維修人員來(lái)說(shuō)，是工作中必備的新型實(shí)用性工具。

該系統(tǒng)對(duì)排除復(fù)雜隱匿的故障有它無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，范圍從大到小逐級(jí)檢測(cè)，檢測(cè)故障方便快捷，而且可以做到無(wú)人值守，連接完畢后，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)只要按下開始檢測(cè)鍵就可以離開現(xiàn)場(chǎng)，直至下次故障出現(xiàn)就能準(zhǔn)確鎖定故障點(diǎn)，為生產(chǎn)系統(tǒng)平穩(wěn)連續(xù)性起到了重要的保障，成為現(xiàn)場(chǎng)維修人員查找電氣軟故障的好幫手。