PLC 在機(jī)電設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

曹宏娟 李繼君

1 甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001

2 甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司天水卷煙廠，甘肅 天水 741001

PLC 技術(shù)主要應(yīng)用在當(dāng)前中國現(xiàn)代高科技電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等信息綜合控制領(lǐng)域。目前，我國電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)的高科技產(chǎn)業(yè)在不斷發(fā)展，并且逐步邁向成熟，現(xiàn)階段，PLC 技術(shù)已可以有效控制機(jī)電設(shè)備。同時(shí)，PLC 技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備的診斷主要依靠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理得出結(jié)論[1]。為此，以下對(duì)PLC 技術(shù)的原理特點(diǎn)、范圍、診斷技術(shù)的應(yīng)用、實(shí)例說明、注意事項(xiàng)等做如下論述：

1 應(yīng)用原理

PLC 技術(shù)是利用可編程存儲(chǔ)器芯片對(duì)其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后用大數(shù)據(jù)表示固定的穩(wěn)定狀態(tài)，并通過輸入和輸出程序進(jìn)行處理。在PLC 技術(shù)的應(yīng)用中。輸入采樣是最基本的步驟，需要進(jìn)行掃描，使數(shù)據(jù)被重新處理和存儲(chǔ)的同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的集成和優(yōu)化，保證了綜合數(shù)據(jù)圖像描述的準(zhǔn)確性，有效減少錯(cuò)誤的發(fā)生。另外，在內(nèi)部組織的后續(xù)處理過程中，對(duì)第一步驟中描述的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的集成，然后通過轉(zhuǎn)換可以得到最終的結(jié)果。再者，輸出再處理過程是將信號(hào)生成切換到另一個(gè)信號(hào)來表示，并在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行控制。為此，必須確保這三個(gè)步驟數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免造成其反映信息內(nèi)容的可靠性降低。

2 特點(diǎn)及適用范圍

目前，PLC 技術(shù)在工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中占有較高的地位，并具有許多突出的特點(diǎn)。例如：PLC 技術(shù)的綜合數(shù)據(jù)響應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確，并且具有很強(qiáng)的抗干擾能力。就PLC 技術(shù)而言，基于其技術(shù)的完善和特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)、建筑、鋼鐵、化學(xué)等不同領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。目前，PLC 技術(shù)可以應(yīng)用于我國的各種機(jī)械制造、電力自動(dòng)化技術(shù)等方面，為控制和最終數(shù)據(jù)的處理提供技術(shù)保障。

3 智能化故障診斷技術(shù)

目前，我國PLC 技術(shù)雖然處于逐步完善和與我國的高新技術(shù)不斷交融、磨合的階段，但各種故障原因診斷技術(shù)在當(dāng)前市場(chǎng)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，包括以下幾個(gè)方面：

（1）以智能化的應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)與診斷，提高了故障診斷的效率。在智能系統(tǒng)診斷設(shè)備的支持下，PLC 技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。其與現(xiàn)代電子技術(shù)緊密結(jié)合，彌補(bǔ)了自身的劣勢(shì)和不足，最大程度地放大了其優(yōu)勢(shì)，對(duì)故障的檢查和診斷非常有效。

（2）PLC 技術(shù)和智能化的結(jié)合，使應(yīng)用的最終數(shù)據(jù)診斷更加精準(zhǔn)，同時(shí)也具有獨(dú)特的強(qiáng)化保護(hù)作用。另外，兩者的結(jié)合可以有效地提高處理信息的綜合能力，可以由計(jì)算機(jī)來控制和編程。更重要的是，其還具有自動(dòng)提升技術(shù)功能與自動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

（3）智能診斷與PLC 技術(shù)的搭配，可以提高故障的最終診斷和效率，并能通過多個(gè)綜合數(shù)據(jù)的深入分析，為工作人員提供更多的維護(hù)建議。此外，它還可以監(jiān)控并不斷改進(jìn)自身功能。

4 故障診斷中的應(yīng)用

4.1 模擬量信號(hào)故障診斷

目前，模擬環(huán)境信號(hào)采用PLC 核心技術(shù)來顯示故障，診斷的各種技術(shù)大多使用模擬量。在采用實(shí)時(shí)技術(shù)時(shí)，系統(tǒng)的模擬模塊功能可以進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)換，并且可以對(duì)切換進(jìn)行控制。為此，只有通過增強(qiáng)輸入框產(chǎn)生系統(tǒng)模擬信號(hào)，才能完全實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的產(chǎn)生。該方法以整個(gè)軟件系統(tǒng)的耐久極限為具體標(biāo)準(zhǔn)，通過分析其他相關(guān)數(shù)據(jù)來達(dá)到目的，在數(shù)據(jù)處理中，可以理解為：當(dāng)極限狀態(tài)值與實(shí)際值非常相似時(shí)，就會(huì)發(fā)生故障。因此，在對(duì)系統(tǒng)故障原因進(jìn)行診斷的過程中，應(yīng)將極限狀態(tài)值與實(shí)際數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較。同時(shí)，可以通過該點(diǎn)確定輸出的位置來操作相應(yīng)的信號(hào)，以達(dá)到控制其他數(shù)控設(shè)備的目的[2]。

4.2 開關(guān)量信號(hào)識(shí)別診斷

在我國工業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域中，輸入和輸出模塊內(nèi)容的計(jì)算機(jī)模擬量信息可以直接用于開關(guān)量的識(shí)別。當(dāng)PLC技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備上時(shí)，開關(guān)量會(huì)在其他相關(guān)方面發(fā)生顯著變化。而且，在PLC 技術(shù)的控制下，有些部件會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行模式紅色按鈕。因此，在實(shí)現(xiàn)PLC 技術(shù)整體運(yùn)行的過程中，如果要分析機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，則需要對(duì)開關(guān)量進(jìn)行檢查，可以使用PLC 梯形圖編程來有效控制相關(guān)設(shè)備，在比較狀態(tài)后作出診斷，獲取故障原因的最終數(shù)據(jù)[3]。

4.3 中斷方式故障診斷

PLC 技術(shù)中使用的中斷方式故障檢測(cè)和診斷方法，都是基于PLC 輸入中斷源工作，此技術(shù)實(shí)現(xiàn)與外部技術(shù)不同。這些技術(shù)可以監(jiān)視相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，并在發(fā)生故障原因時(shí)立即提供相應(yīng)的診斷信息。另外，該技術(shù)還可以控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如有必要，技術(shù)人員將選擇停止相關(guān)設(shè)備并等待技術(shù)專家進(jìn)行維修后再進(jìn)行工作。一般而言，有三種中斷PLC 技術(shù)的主要方法：一是間隔計(jì)時(shí)器。這種方法的使用是以定時(shí)來做臨時(shí)中斷。二是輸入式中斷。根據(jù)實(shí)際情況來控制信號(hào)的產(chǎn)生。三是高速計(jì)時(shí)器中斷?？梢愿鶕?jù)內(nèi)置高速計(jì)時(shí)器的當(dāng)前值來執(zhí)行終止。此方式最為適合最終診斷機(jī)電設(shè)備的故障問題，其直接對(duì)應(yīng)于工業(yè)計(jì)算機(jī)的硬中斷，屬于外部中斷。但是，PLC 的外部指令可以使用PLC 輸入進(jìn)行信息屏蔽，將設(shè)備的故障強(qiáng)信號(hào)輸入成PLC 的中斷源，一旦出現(xiàn)任何故障信號(hào)，PLC 就會(huì)迅速做出響應(yīng)，終止可以執(zhí)行的程序，并輸入各種程序來方便處理故障。因此，它不同于使用其內(nèi)部組織邏輯基礎(chǔ)來最終完成故障問題的診斷，而是在對(duì)輸入被迫中斷后續(xù)處理時(shí)，停止執(zhí)行主程序。當(dāng)然，當(dāng)重新使用內(nèi)部基本邏輯時(shí)發(fā)生故障，PLC 的主要過程仍處于基本操作狀態(tài)。因此，有必要根據(jù)故障問題對(duì)機(jī)電設(shè)備的影響，選擇最合適的診斷方式，這三種方法都是依賴于各種機(jī)械相關(guān)設(shè)備的實(shí)際操作來完成特定功能。其中，高速計(jì)時(shí)器中斷的效果較為明顯，但在具體操作的過程中，要根據(jù)不同的現(xiàn)象采用相應(yīng)的中斷方法更為有效。

5 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)以上應(yīng)用原理與診斷方法，針對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)伺服油缸控制系統(tǒng)的功能部分，設(shè)計(jì)了故障診斷系統(tǒng)。具體如下：系統(tǒng)中的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為IPC610，通信設(shè)備端口為RS-232C，控制開關(guān)量板為PCL-725，A/D 板為PCL-812PG，其他數(shù)控設(shè)備為各種設(shè)備伺服缸試驗(yàn)臺(tái)和液壓馬達(dá)。而PLC 選用CQM1 產(chǎn)品。其中，直接輸入系統(tǒng)模塊（含CPU）的控制開關(guān)量有4 個(gè)；PLC 控制開關(guān)量有3 個(gè)連續(xù)輸出模塊、輸入有2 個(gè)（含CPU）、開關(guān)量連續(xù)輸出功能模塊有2 個(gè)；PLC 系統(tǒng)模擬量直接輸入輸出能力模塊有2 個(gè)；需要檢測(cè)的開關(guān)量故障信號(hào)有21 個(gè)（過濾裝置不暢10 個(gè)、液位信號(hào)4 個(gè)、油溫信號(hào)4 個(gè)、全行程開關(guān)信號(hào)3 個(gè)）；模擬環(huán)境故障有4 種；各種信號(hào)通道檢測(cè)方法包括2 個(gè)大壓力信號(hào)和2 個(gè)位移技能強(qiáng)信號(hào)。在精確檢測(cè)的過程中，當(dāng)動(dòng)、靜態(tài)性能不合格時(shí)，必須對(duì)油缸進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，使其可以在系統(tǒng)中檢測(cè)到。為此，具體故障原因檢測(cè)與診斷系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)可以成功完成以下基本功能：

（1）在測(cè)試前對(duì)故障的診斷系統(tǒng)進(jìn)行整體運(yùn)行，以全面檢查伺服柱塞測(cè)控設(shè)備系統(tǒng)的功能是否完好。對(duì)于切換值而言，此時(shí)間過程對(duì)于主機(jī)來說是個(gè)比較的過程，主機(jī)可以通過多種方式從通信端口讀取PLC 圖片描述位的當(dāng)前狀態(tài)值，并將其與正常狀態(tài)的當(dāng)前狀態(tài)值進(jìn)行比較。而對(duì)于模擬來說，此時(shí)間過程可以從模擬閾值開始讀取開關(guān)量的狀態(tài)值，也是準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)。或者以突破極限作為判斷依據(jù)，從PCL-812PG 讀取的最終模擬值進(jìn)行對(duì)比判斷，并得出最終結(jié)果。如果發(fā)現(xiàn)測(cè)控通訊軟件系統(tǒng)存在故障，應(yīng)及時(shí)處理主機(jī)屏顯示的具體故障位置和解決問題的核心技術(shù)路線。只有診斷出實(shí)際效果的環(huán)境，才能對(duì)油缸的整體性能進(jìn)行檢測(cè)。

（2）如果最終測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)伺服油缸不合格，則在運(yùn)行過程中應(yīng)重新運(yùn)行故障診斷系統(tǒng)。

（3）如果測(cè)控系統(tǒng)出現(xiàn)較嚴(yán)重的故障，PLC 將以各種方式向通信系統(tǒng)端口的輸出板或上位機(jī)發(fā)送故障信號(hào)，并推出測(cè)試過程，同時(shí)屏幕將顯示故障診斷的最終結(jié)果，并給出故障排除的建議，PLC 報(bào)警系統(tǒng)開啟并切斷電機(jī)板。

6 注意事項(xiàng)

當(dāng)使用的設(shè)備出現(xiàn)因故障原因而不能正常運(yùn)行時(shí)，PLC 技術(shù)會(huì)將輸入端和輸出端的故障信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)信息內(nèi)容，即電話報(bào)警信號(hào)。為保證PLC 技術(shù)的繼續(xù)運(yùn)行，則必須采取積極措施。例如：如果機(jī)電設(shè)備一次運(yùn)行時(shí)間較短，則相關(guān)人員可以將此時(shí)間欄更改為更長的時(shí)間。另外，由于機(jī)電設(shè)備的多樣性，需要由工作人員結(jié)合實(shí)際情況選擇靈活操作的具體內(nèi)容。一般來說，PLC 技術(shù)都可以有效地進(jìn)行報(bào)警，并保障整體循環(huán)及最終結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。目前，機(jī)電設(shè)備的一般過程和最終診斷都是基于以上步驟，其信號(hào)的產(chǎn)生可以通過分析和后續(xù)處理獲得，而技術(shù)的分析可以大大提高診斷率和準(zhǔn)確度[5]。另外，PLC 技術(shù)也可以進(jìn)行選擇性地接收信號(hào)。如：當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)不正常高溫時(shí)，PLC 技術(shù)可以對(duì)熱敏電阻值進(jìn)行選擇性分析，體現(xiàn)了其靈活性的特點(diǎn)。

7 總結(jié)

綜上所述，目前，PLC 技術(shù)已引起技術(shù)人員的重視，核心技術(shù)已逐漸成為專家進(jìn)行相關(guān)研究的課題。該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，不僅可以對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，而且在方式分析和技術(shù)主要功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合長期的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，檢查和診斷機(jī)電設(shè)備的故障原因。同時(shí)，PLC 技術(shù)的發(fā)展空間很大，在自動(dòng)化技術(shù)故障診斷中可以發(fā)揮更加突出的作用。