维修电工技师论文《PLC在机电设备故障诊断中的应用》0

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电工技术专业论文

PLC在机电设备故障诊断中的应用

姓名：杨洲

单位：华润双鹤药业股份有限公司 报考专业：维修电工

报考等级：技师

日期：2014年6月20日

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摘 要： 在机电控制方面，PLC 是应用较为普遍的自动化控制系统，具有多方面的优点， PLC 已经成为工业控制系统的标准设备。本文在对机电设备PLC 控制系统的研究基础上，介绍了PLC 控制系统故障检测的基本原理，结合实践对PLC 控制系统的常见故障类型进行了分类，详细探讨了PLC系统故障的常规处理原则和细则，对PLC 系统的故障处理具有一定的指导意义。

关键词： PLC；机电设备；故障诊断；应用

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目前，PLC技术的应用极为广泛和普遍，从机械臂、到轧钢生产线，这些都会用到PLC技术，只是在实际应用中，根据不用的控制类型或者控制系统的规模，会有相应的差别。因此，对PLC在机电设备故障诊断中的应用的探讨有其必要性。

1、PLC控制系统介绍

1.1 PLC的产生

PLC 首先出现于1969 年，是由美国数据设备公司研制而成的。它的全称是Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器。它是一种运用数字运算技术进行操作的电子装置，主要应用于工业环境中，是工业控制系统的核心内容。它的工作原理是采用具有编程功能的存储器执行逻辑上的运算、顺序控制、定时、计数和其他基本操作等指令，在此基础上，通过输入/输出系统或数字信号等对各类机械实行控制。从1969 年初次出现到现在，PLC 的研发应用已经在很大程度上得到了改进，目前在美国、德国、日本等工业强国投入运行的PLC 系统功能强大，运行安全可靠，对工业发展影响重大。PLC 控制系统的运行环境受实际需求限制，在机电设备控制系统中，其工作环境通常具有电磁干扰大、噪声强等特点，对系统的平稳运行有一定的影响。但是通过调整系统安装位置，如将控制系统装置安放在具有防尘、防水、防高温、防雷电的控制室内就可以有效避免系统故障的出现。

1.2 机电设备PLC系统功能自检

由于PLC 的运行环境状况往往比较差，电磁干扰度高再加上其他安装或操作方面的不当会引起PLC 不能正常工作。通常情况下，导致机电设备PLC 出现故障的原因可能是系统检测或控制元件的故障，另外PLC 控制系统内部的逻辑运算错误也是一大原因。对这些故障的检测首先是控制系统的自检，然后是动态性检测，在对检测结果分析的基础上，进行有针对性的处理。

机电设备PLC 控制系统的功能自检一般包含五个步骤，即指示灯测试、控制开关测试、信号通路测试（包括反馈信号通路的测试和控制信号通路的测试）

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和控制程序测试。在进行控制系统自检时，首先对指示灯进行检测，将PLC 软件试运行，检查能否正常工作。如果不能正常工作，则对各类指示灯进行有效排查；然后是第二阶段，即控制开关的检测。在这一环节，检测人员需要对系统控制面板上的控制开关逐个测试，检查输入通路能否正常运行；在进行完控制开关的检测之后，就要及时检测输入输出等效器，启动自检程序直至完成反馈信号通路的测试；在进行控制信号通路检测时要对输出端口进行模拟信号输出，以确定信号发射和回馈机制能否有效完成，全面掌握控制信号的工作状态，保证信号通路的安全稳定；在前几步的基础上，启动自检程序全面检查实际控制程序的运行情况，对控制程序是否正常进行验证。

2、PLC 控制系统常见的故障类型

2.1 外部设备故障

外部设备主要是指与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等，一旦发生故障，会直接影响系统的控制功能。由于外部设备大多暴露在外，极易受到人为或者客观原因的机械损害，因此，外部设备故障属于PLC 控制系统故障中比较常见的类型。外部设备长期处于低保护甚至零保护的状态，在机电设备的复杂工作环境中容易出现设备接触点氧化或接触不良的情况。

2.2 软件故障

软件故障指的是PLC 控制系统的软件出现问题，可能是由编程错误、病毒攻击、人为毁坏等多种原因造成。在PLC 控制系统中软件系统承担着“发号施令”的作用，一般出现软件故障后系统基本上不能正常运转。由于实际工作环境的限制，软件面临工作复杂、工作量大等一系列难以解决的问题，因而软件故障几乎难以避免。

2.3 硬件故障

PLC 控制系统是一个构成复杂的庞大系统，内含许多硬件设备，除了各种外部设备以外，还存在许多隐藏在系统内部的硬件设备，这类设备通常是指PLC 控制系统的模板。由于这些硬件隐藏较深，容易被维修人员忽略，而且这类硬件故障给整个PLC 控制系统带来的多数是局部影响，不会引起特别恶劣的后果，

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因此根据工作经验一般很难发现其故障问题。一般需在多次确诊、排除其他故障以后，工作人员才会在二次检修中发现此种问题并进行处理。

3、PLC诊断机电设备故障的基本原理

机电设备的故障信号有开关量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。

3.1 开关量信号的故障诊断

PLC对开关量信号的识别是通过其开关量输入模块完成的。

PLC控制机电设备时，设备中的压力、温度、液位、行程开关及操作按钮等开关量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。输入“位”的工作原理IN代表开关量输入，COM为信号公共端。IN为ON时，光敏三级管饱和导通，否则截止。故PLC的内部电路可以“感知”开关信号的有无。读取PLC输入位的状态值可作为识别开关量故障信号的根据。诊断开关量故障的过程，实质就是将PLC正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果二者比较的结果是一致的，则表明机电设备处于正常工况，不一致则表明对应输入位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于开关量信号故障的基本原理。

这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的梯形图编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护机电设备的目的。

图1 PLC输入位电路原理

3.2 模拟量信号的故障诊断

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PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自传感器或信号发生器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。

PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统允许的极限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离极限值，则表明机电设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可精确设置该极限值。

当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的结果，并据此实现对机电设备的控制。

3.3 中断方式的故障诊断

PLC的中断方式有：

（1）输入中断。开关量模块的输入位IN变为ON时，由PLC的CPU执行的中断。

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