ＰＬＣ控制系統的故障信號檢測及程序設計

摘要： 由于PLC外部的輸入輸出元件的可靠性不夠好，而這些元件出現故障時PLC不會自動停機，從而造成不良后果。為了提高維修工作效率，及時發現元件故障，在沒有釀成設備事故之前使PLC先停機、報警，有必要在PLC控制系統設計中采取故障檢測措施。本文主要介紹了PLC常用的故障信號檢測方法和故障信號顯示方法，并舉例說明了其程序設計方法。

關鍵詞： PLC 故障檢測 故障顯示

可編程控制器本身具有很高的可靠性，在CPU操作系統的監控程序中有完整的自診斷程序，萬一出現故障，借助自診斷功能可以很快找到故障部位，確定故障所在。但PLC外部的輸入輸出元件就不那么可靠，如行程開關、電磁閥、接觸器等的故障率就很突出，而當這些元件出現故障時PLC不會自動停機，直到故障造成后果，如機械頂死、控制系統常規保護動作之后才會有所反應。為了提高維修工作效率，特別是為了及時發現元件故障，在還沒有釀成設備事故之前使PLC先停機、報警，因此，有必要將故障檢測措施作為控制系統設計的一個必要的組成部分，以提高整個設備的可維修性。

一、故障檢測

1.時限故障檢測

由于設備在工作循環中，各工步運動在執行時都需要一定時間，且這些時間都有一定限度，所以可以用這些時間作為參考，在要檢測的工步動作開始的同時，起動一個計時器，計時器的時間設定值比正常情況下該動作要持續的時間長20%－30%，而計時器的輸出信號可以用于報警、顯示或自動停機。當設備某工步動作的時間超過規定時間，達到對應的計時器預置時間，還未轉入下一個工步動作時，計時器就會發出故障信號。該信號使正常工作循環程序停止，起動執行報警和顯示程序。以三菱FX系列PLC為例，設某工序ｎ的狀態為M010，若此工序的運行時間為10秒，可以設置一個計時器T005，定時時間為12秒，用于監控工序ｎ的情況，如圖1所示。當工序ｎ運行的時間超過12秒時，該程序會自動終止工序ｎ的運行狀態，并起動報警裝置。

2.邏輯錯誤檢測

在設備正常情況下，控制系統的各輸入、輸出信號、中間狀態等之間存在著確定的邏輯關系。一旦設備出現故障，這種正常的邏輯關系便被破壞，而出現異常邏輯關系，必然是設備出現了故障。因此可以事先編制好一些常見故障的異常邏輯程序，加進用戶程序中。一旦這種邏輯關系出現狀態為“1”，就必然是發生了相應的設備故障，即可將異常邏輯關系的狀態輸出作為故障信號，用來實現報警、停機等控制。

例如，在正常情況下，機床動力頭原位限位開關與向前進給運動的終點限位開關是不會同時被壓下的，即兩輸入信號在正常情況下不可能為“1”狀態，如果這兩個輸入信號的狀態同時為“1”，則必然是至少有一個限位開關出現故障。因此，可以在程序中增加一條這兩個信號相“與”并驅動某繼電器的程序。當該繼電器的狀態為“1”時，PLC可在一個掃描周期時間里停機、報警。

二、故障顯示

1.直接分別顯示

無論上面哪種方式，具體的故障信號都是由專門的程序分別檢測出來的。這些故障信號分別與某故障一一對應。這樣，最簡單的辦法就是分別顯示，即每個故障檢測信號設置一個顯示單元。這樣做的好處是清楚，易于分辨故障點及故障元件；缺點是要增設很多的輸出點，不但在經濟上不合適，也可能因為PLC輸出點不夠又不能再增設而無法實現。

2.集中共用顯示

所有的故障檢測信號共用一個顯示單元，或者是幾個故障信號共用一個顯示點。這種辦法只顯示有故障發生，而不能清楚地指示出故障的具體部位或元件，雖然可以節省PLC的輸出點，但不能減輕判斷、尋找故障點的工作量，不利于提高維修工作效率。

3.分類組合顯示

這種做法是將所有的故障檢測信號按層次分成組，每組各包括幾種故障。例如，對于多工位的自動線的故障信號，可分為：故障區域（機號）、故障部件（動力頭、滑臺、夾具等）、故障元件等幾個層次。當具體的故障發生時，檢測信號同時分別送往區域、部件、元件等顯示組，這樣就可以指示故障發生在某區域、某部件、某元件上。

例如某自動生產線由三臺單機組成，每臺單機可分為左、右、立式動力頭三個部件，每個部件分為原位、終點、進給超時及退回超時四種故障，共有36種故障組合。采用分類組合顯示方法，可顯示到具體的故障元件，使判斷、查找方便。不僅可提高設備的維修效率，而且可節省輸出顯示點。具體的程序如圖2所示，當線圈Y000、Y003和Y008都有輸出時，就表示1號機左動力頭進給超時故障。

總之，在PLC控制系統的設計中，選擇合適的故障信號檢測和故障信號顯示方法，可以避免可能造成的設備事故，并大大提高整個設備的可維修性。