關于PLC在機電設備故障診斷中的應用

胡濱?屠振蕊

摘 要：隨著PLC技術水平不斷提高，自動化的集成度也在不斷提高。利用PLC和計算機構成的診斷系統，實現了故障系統的智能化，充分利用PLC硬件資源和外圍線路的鏈接，對設備進行故障診斷，快捷方便。

關鍵詞：PLC；機電設備；故障診斷

1 PLC診斷機電設備故障的基本原理

機電設備的故障信號有開關量和模擬量之分，PLC采用不同的方法對這兩種信號對應的故障進行診斷。

1.1 基于開關量信號的故障診斷

PLC對開關量信號的識別是通過其開關量輸進模塊完成的。PLC控制機電設備時，設備中的壓力、溫度、液位、行程開關及操縱按鈕等開關量傳感器與PLC的輸進端子相連，每個輸進端子在PLC的數據區中分配有一個“位”，每個“位”在內存中為一個地址。輸進“位”的工作原理，如圖1示。圖中，IN代表開關量輸進，COM為信號公共端。IN為ON時，光敏三級管飽和導通，否則截止。故PLC的內部電路可以“感知”開關信號的有無。讀取PLC輸進位的狀態值可作為識別開關量故障信號的根據。診斷開關量故障的過程，實質就是將PLC正常的輸進位狀態值與相應的輸進位的實際狀態值相比較的過程。假如二者比較的結果是一致的，則表明機電設備處于正常工況，不一致則表明對應輸進位的設備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于開關量信號故障的基本原理。這種診斷方法，故障定位正確，可進行實時在線診斷。通過PLC的梯形圖編程，還可將故障診斷融進過程控制，達到保護機電設備的目的。

1.2 基于模擬量信號的故障診斷

PLC對模擬量信號的識別是通過PLC的模擬量輸進輸出模塊來完成的。模擬量輸進輸出模塊采用A/D轉換原理，輸進端接收來自傳感器或信號發生器的模擬信號，輸出端輸出的模擬信號作用于PLC的控制對象。

PLC診斷模擬量故障的過程，實質就是將在相應A/D通道讀到的監測信號的模擬量的實際值與系統答應的極限值相比較的過程。假如比較的結果是實際值闊別極限值，則表明機電設備對應的受監控部位處于正常狀態，假如實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態。判定故障發生與否的極限值根據實際系統相應的參數變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設定開關可精確設置該極限值。

當模擬量的實際值達到模擬量設定開關的設定值，PLC還能按照一定的邏輯關系啟動開關量模塊上的輸出位，或者從PLC的通訊口主動發起通訊，從而輸出故障診斷的結果，并據此實現對機電設備的控制。

1.3 基于中斷方式的故障診斷

PLC的中斷方式有：

（1）輸進中斷。開關量模塊的輸進位FF變為ON時，由PLC的CPU執行的中斷。

（2）間隔定時器中斷。由一定精度的間隔定時器啟動執行的中斷。

（3）高速計數器中斷。根據PLC內裝的高速計數器確當前值執行的中斷。

其中，輸進中斷特別適合于機電設備的故障診斷。它對應于產業計算機的硬中斷，屬于外部中斷，但PLC的輸進中斷可用PLC的外部指令來屏蔽。

將機電設備的故障信號作為PLC的輸進中斷源，一旦出現故障信號，CPU立即響應，停止正在執行的程序，轉到中斷子程序中往，即可方便地對故障進行處理。它與直接利用PLC的內部邏輯完成故障診斷的不同之處在于：采用輸進中斷處理故障時，可停止PLC主程序的執行過程，而直接利用PLC的輸進和內部邏輯處理故障時，PLC的主程序仍處于運行狀態。因此，要根據故障對機電設備的影響程度選擇合適的故障診斷方式。PLC的輸進中斷方式對后果嚴重的突發故障的處理特別有用。

2 PLC在故障診斷系統中的作用

故障診斷系統是典型的人機系統，根據系統中的信息流向和功能劃分的結果，基于計算機智能化的故障診斷系統。系統的輸進模塊要完成機電設備故障檢測信號、控制指令和專家知識的接收工作。處理模塊要求能自動實現特征參數提取、控制指令代碼轉換的功能。專家知識的整理和表達由領域專家和系統專家協作完成。控制模塊是故障診斷系統的核心，它根據控制指令，利用專家知識，完成從故障特征到故障原因的識別工作。控制模塊的功能越完善，故障診斷系統的智能化程度越高。輸出模塊通過聲光報警裝置和人機界面，給出故障定位、預告和解釋的結果。其中，人機界面還能提供排除故障的技術路線。

實現信息源從輸進模塊到輸出模塊的全自動流向，減少人在其中的干預作用，是機電設備對其故障診斷系統的要求。采用PLC的故障診斷系統，有助于實現故障診斷過程的自動化。

PLC的開關量輸進模塊可用作為開關量故障信號的輸進裝置，模擬量輸進模塊可用作為模擬量故障信號的輸進裝置。這兩種模塊均能方便地實現對設備的在線監測。

PLC的內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動故障診斷系統的輸出模塊。其中，輸出端子可用來控制聲光報警裝置和受控機電設備的運行過程，顯示屏可作為人機界面使用。

PLC的通訊口即可用來接受控制指令，又可輸出PLC。

3 利用PLC和計算機實現智能化診斷的方式

實現機電設備故障診斷的智能化，可充分利用專家知識，進步診斷效率，是故障診斷技術發展的一個重要方向。

由于目前的PLC產品不具備自動獲取和存儲專家知識的功能，所采用的編程語言無法完成控制層中的計算推理功能，因此，單純采用PLC的故障診斷系統的智能程度是相當有限的。為此，可利用網絡技術和通訊技術，將PLC和計算機聯接成網絡，互相取長補短，共同構成故障診斷的硬件系統。

PLC采用并行分布式結構，作下位機使用，計算機作為上位機，可完成PLC的程序下裝，實施對多臺PLC的治理，進行復雜的數據運算，建立數據庫，存儲專家知識，其輸進輸出設備可用作診斷過程的人機交互。PLC與計算機通過兩種方式聯接成一個整體：一是通過PLC的通訊口和計算機的通訊口進行聯接，二是通過PLC的輸進輸出端子與計算機上的開關量板和A/D板進行聯接。其中，PLC通過通訊口傳遞給上位機的故障信號多達兩個或兩個以上時，上位機要通過編碼進行識別，而通過PLC輸出端子傳遞給上位機的故障信號，上位機要通過開關量板輸進端子的地址來識別。PLC輸進端子可接受來自上位機的控制信號或故障信號。上述兩種聯接方式把故障診斷系統的輸進模塊。

網絡中的PLC和計算機在故障診斷系統中各自扮演著不同的角色。通常情況下，故障診斷過程中復雜的邏輯判定、開關量故障信號的檢測以及在嚴重故障狀態下對設備進行的保護可交給PLC完成，以充分發揮PLC的技術上風，而復雜的數值計算和人機交互可在上位機上完成。PLC檢測到的故障信號可通過通訊口或輸出端子傳給上位機，然后調用上位機存儲的專家知識對其進行分析、判定、決策，并作出公道的解釋。上位機作出決策之后，又可通過通訊口或開關量板的輸出端口傳遞控制信號，并將控制權交給PLC。充分利用通訊口的功能，有利于減小PLC的規模。

4 結束語

綜上所述，PLC可為機電設備的故障診斷提供強有力的技術支持。在進行故障診斷系統的設計時，根據診斷系統的功能要求，選用適當的PLC，可豐富和完善診斷系統的功能。隨著PLC新產品的研制成功，它在故障診斷領域將有更廣闊的應用遠景。

參考文獻

[1] 趙煥章. 試析PLC在機電設備故障診斷中的應用[J]. 科技創新導報. 2012（34）

[2] 朱浩波. PLC在機電設備故障診斷中的應用[J]. 哈爾濱理工大學學報. 2011（04）