畢天昊,張 劍

(廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 511483)

0 引言

PLC是電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要裝置,有著精度高、精確性高、能在線編寫程序等特征。目前,PLC已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)[1]。PLC控制技術(shù)的應(yīng)用不僅推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的發(fā)展,還對(duì)成本控制、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。然而,隨著PLC的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,PLC行業(yè)爆發(fā)式增長,與PLC相關(guān)的安全事件越來越多。因此,與PLC相關(guān)的安全問題值得從業(yè)人員的高度重視,確保PLC的安全可靠就是確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)的正常有序運(yùn)行,就是保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 常見故障多發(fā)點(diǎn)

1.1 接觸器、繼電器

在PLC控制系統(tǒng)的日常運(yùn)行中,最容易出現(xiàn)故障的電氣元器件就是各種接觸器或繼電器。而這些接觸器或繼電器故障中少數(shù)是由于產(chǎn)品質(zhì)量問題引發(fā),大多數(shù)還是由于PLC工作環(huán)境比較惡劣所造成的。例如:接觸器長期暴露于高溫、潮濕的工作環(huán)境中,其觸點(diǎn)容易氧化,從而無法使用。因此,從業(yè)人員應(yīng)盡量改善元器件的工作環(huán)境,避免此類故障的發(fā)生,降低對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

1.2 閥門或閘板

在PLC控制系統(tǒng)中,閥門或閘板等部件由于其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜,在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大位移。因此,經(jīng)過系統(tǒng)長期的運(yùn)行,易造成閥體部件的卡、堵、漏等現(xiàn)象,這是PLC控制系統(tǒng)的另一個(gè)故障多發(fā)區(qū)域。所以工作人員在PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行以及設(shè)備維護(hù)過程中,應(yīng)增強(qiáng)對(duì)此類設(shè)備的排查,發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)維修或更換處理。

1.3 行程開關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或元件

行程開關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或元件因頻繁動(dòng)作導(dǎo)致的持續(xù)磨損以及長期閑置造成生銹老化等原因,同樣容易出現(xiàn)故障。解決這類問題需要工作人員對(duì)設(shè)備嚴(yán)格按期按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維護(hù),讓設(shè)備處于完好狀態(tài)。而對(duì)于大型設(shè)備上的限位開關(guān),除了按期維護(hù)外,還需要設(shè)計(jì)人員在前期設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中引入額外的保護(hù)措施。

1.4 PLC系統(tǒng)中的子設(shè)備

PLC系統(tǒng)中的子設(shè)備包括螺栓螺母、接線盒、線端子等。這些設(shè)備出現(xiàn)故障的原因除設(shè)備的質(zhì)量問題外,還與安裝工藝有關(guān)。例如:部分安裝人員在安裝設(shè)備時(shí)將螺釘和電線的連接處壓得過緊,導(dǎo)致設(shè)備在維修時(shí)拆卸困難,而強(qiáng)行拆卸又容易引發(fā)連接件或其周邊零件的損壞。因此,在設(shè)備的安裝及檢修過程中,工作人員必須遵照要求的安裝工藝進(jìn)行作業(yè),消除設(shè)備隱患。

1.5 傳感器和儀表

傳感器和儀表屬于精密型儀器,通常要求精度較高且容易受到電磁干擾的影響,如果不能有效地將其與干擾性較強(qiáng)的動(dòng)力電纜隔離開,就會(huì)引發(fā)傳感器的信號(hào)不正常或儀表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等故障[2]。因此,安裝人員在安裝傳感器和儀表時(shí),應(yīng)將信號(hào)線與干擾性較強(qiáng)的動(dòng)力電纜分開鋪設(shè),并將屏蔽層單端可靠接地,同時(shí)還要在PLC內(nèi)部加入軟件濾波程序。

2 故障分析的方法

PLC系統(tǒng)的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障分為硬件故障和軟件故障。其中,硬件故障包括PLC系統(tǒng)各部件以及通信故障等,軟件故障則是指程序或設(shè)置有錯(cuò)誤。外部故障主要指周邊設(shè)備的故障,如行程開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等產(chǎn)生的故障[3]。在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),通?？刹捎靡韵路治龇椒?。

2.1 測(cè)量分析法

(1)測(cè)量供給源是否正常。供給源包括電源、氣源和液壓源等方面。所以分析人員首先需測(cè)量供電電源的電壓、電流、頻率、相序,氣源供氣的氣壓、流量和液壓源供液的液壓值、流量等參數(shù),確定各參數(shù)是否滿足要求。

(2)檢查連接線路是否可靠、通暢?？刂葡到y(tǒng)連接線路包括電線部分、供氣線路和供液線路等。因此,分析人員需檢查PLC控制系統(tǒng)中電氣部分的導(dǎo)線是否連接正確,如I/O信號(hào)、通信端口等,同時(shí)還需檢查供氣線路和供液線路是否有泄漏等情況。

(3)檢查和調(diào)整參數(shù)值。分析人員應(yīng)檢查各設(shè)備和部件的設(shè)定值,是否與設(shè)計(jì)的規(guī)定值一致,確定各報(bào)警、聯(lián)鎖信號(hào)點(diǎn)的設(shè)置是否與工藝要求一致,確定各控制回路調(diào)整參數(shù)是否合理和合適。

(4)檢查輔助設(shè)備和部件。分析人員應(yīng)檢查各輔助設(shè)備和部件能否正常工作,確定其工作參數(shù)是否符合運(yùn)行要求。

一般情況下,通過測(cè)量,以上方法可篩查出大多數(shù)的故障,為故障的準(zhǔn)確定位提供參考。

2.2 動(dòng)作分析法

(1)初始狀態(tài)分析。通過初始步,確定各設(shè)備和部件的待機(jī)狀態(tài)。

(2)轉(zhuǎn)移過程分析。根據(jù)程序步之間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移條件,確定各步在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)的進(jìn)程,檢查轉(zhuǎn)移時(shí)硬件是如何動(dòng)作的,能否滿足工藝要求。如果沒有實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移,則應(yīng)檢查待轉(zhuǎn)移步的上一步是否為活動(dòng)步,是否滿足轉(zhuǎn)移條件,從而查找出問題所在。

(3)執(zhí)行過程分析。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有執(zhí)行動(dòng)作和命令,則應(yīng)檢查該活動(dòng)步內(nèi)的輸出是否滿足動(dòng)作的執(zhí)行條件,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)造成故障的原因。在確定了故障的原因和性質(zhì)后,再進(jìn)行故障檢修并排除。

2.3 指示燈分析法

(1)信號(hào)指示燈。通過PLC及其拓展模塊面板上各I/O信號(hào)燈的亮滅來檢查各輸入、輸出信號(hào)的狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字量輸入指示燈點(diǎn)亮?xí)r,表示該輸入端口有信號(hào)流入;當(dāng)數(shù)字量輸出指示燈點(diǎn)亮?xí)r,表示該輸出端口有信號(hào)流出。

(2)電源指示燈。電源模塊正常工作時(shí),電源指示燈應(yīng)處于常亮狀態(tài)。對(duì)于配有備用電源的系統(tǒng),備用電源正常工作時(shí),備用電源指示燈應(yīng)處于常亮狀態(tài)。

(3)通信指示燈。當(dāng)PLC與上位機(jī)之間通信正常時(shí),通信指示燈應(yīng)處于常亮或閃爍狀態(tài)。

(4)錯(cuò)誤指示燈。PLC利用硬件自診斷系統(tǒng)程序進(jìn)行診斷。當(dāng)結(jié)果是錯(cuò)誤時(shí),對(duì)應(yīng)模塊的錯(cuò)誤信號(hào)燈點(diǎn)亮。部分品牌的PLC還可提供錯(cuò)誤代碼,便于維修人員進(jìn)行故障定位。

3 故障檢查流程

3.1 編程故障的檢查流程

(1)編程器連接不正常。工作人員可按圖1所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理。

圖1 編程器連接不正常檢查流程

(2)程序不能下載。程序不能下載可能與程序保護(hù)開關(guān)、程序密碼設(shè)置或PLC工作方式等因素有關(guān)。工作人員可按圖2所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理。

圖2 程序不能下載檢查流程

(3)CPU無法正確引導(dǎo)操作。某些大中型PLC在調(diào)試前如果出現(xiàn)報(bào)警,需利用存儲(chǔ)器卡對(duì)PLC進(jìn)行引導(dǎo)操作,PLC才能正常運(yùn)行。當(dāng)PLC無法正確引導(dǎo)操作時(shí),工作人員可按圖3所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理。

圖3 CPU無法正確引導(dǎo)操作檢查流程

(4)系統(tǒng)配置錯(cuò)誤。某些大中型PLC,若PLC自診斷系統(tǒng)檢測(cè)出硬件配置錯(cuò)誤、總線連接錯(cuò)誤或通信錯(cuò)誤等故障,PLC將發(fā)出“系統(tǒng)校驗(yàn)錯(cuò)誤”“總線錯(cuò)誤”等報(bào)警提示。

系統(tǒng)校驗(yàn)錯(cuò)誤通常與PLC模塊的安裝與連接有關(guān),此類錯(cuò)誤可通過編程軟件查看PLC內(nèi)部的特殊寄存器、存儲(chǔ)器的狀態(tài)來判斷,或通過查看各模塊是否按照說明書規(guī)定進(jìn)行安裝,連接電纜是否正確連接,底板是否正確安裝等方式來判別。

3.2 硬件故障檢查流程

(1)電源指示燈不亮。通常,連接供電電源并上電后,電源指示燈會(huì)點(diǎn)亮。如果電源指示燈不亮說明PLC未建立供電。工作人員可按圖4所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理,必要時(shí)可與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。

圖4 電源指示燈不亮檢查流程

(2)錯(cuò)誤指示燈亮或閃爍。硬件自診斷后,模塊錯(cuò)誤指示燈亮或閃爍說明該模塊存在問題。工作人員可按圖5所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理,必要時(shí)也可與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。

圖5 錯(cuò)誤指示燈亮或閃爍檢查流程

(3)電池報(bào)警燈亮。當(dāng)PLC電池低電量時(shí),該報(bào)警燈點(diǎn)亮。在大中型PLC中一般配備多個(gè)電池,當(dāng)電池報(bào)警燈點(diǎn)亮?xí)r,應(yīng)更換電池,并注意電池的型號(hào)需與原電池一致。

(4)運(yùn)行指示燈不亮。運(yùn)行指示燈用于表示PLC的運(yùn)行狀態(tài)。該指示燈不亮表示PLC未運(yùn)行,運(yùn)行指示燈閃爍表示通信出錯(cuò)或操作不正確,譬如未對(duì)PLC進(jìn)行復(fù)位或直接將PLC切換到運(yùn)行模式等。工作人員可按圖6所示檢查流程進(jìn)行檢查,找出問題所在并作相應(yīng)處理,必要時(shí)也可與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。

圖6 運(yùn)行指示燈不亮檢查流程

4 結(jié)語

在現(xiàn)代制造業(yè)中,高效的生產(chǎn)線是企業(yè)取得成功的關(guān)鍵因素之一。一旦生產(chǎn)線停機(jī),將會(huì)給企業(yè)造成無法挽回的損失。因此,為了盡可能地降低生產(chǎn)線的故障率,企業(yè)要高度重視生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的維護(hù)。作為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)核心部件的PLC,如何快速排查和解決其故障更是重中之重。本文首先總結(jié)了PLC控制系統(tǒng)及周邊設(shè)備出現(xiàn)故障的常見原因,并給出了相應(yīng)的預(yù)防措施;其次,針對(duì)PLC出現(xiàn)的常見故障,總結(jié)分析了排查故障的基本方法和思路;最后,將PLC故障排查和處理的過程進(jìn)行流程化,有效地提高了PLC故障排查和處理的效率。在工程實(shí)踐中,本研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值。