1 引 言 

隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器(plc)的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制器，目前plc已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境里，仍然可以十分正常地工作等優(yōu)點(diǎn)。作為plc本身，它的故障發(fā)生率非常低，但對(duì)以plc為核心的plc控制系統(tǒng)而言，組成系統(tǒng)的其他外部元器件(如傳感器、斷路器和執(zhí)行器等)和軟件本身則很可能發(fā)生故障，從而使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，有時(shí)還會(huì)燒壞plc，使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，一個(gè)完善的plc系統(tǒng)除了能夠正常運(yùn)行，滿(mǎn)足工業(yè)控制的要求，還必須能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)兼顧及時(shí)的故障診斷和故障處理建議。 本文將針對(duì)日照港氧化鋁接卸專(zhuān)用vigan卸船機(jī)plc控制系統(tǒng)的故障診斷設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 plc的故障診斷功能 

故障自診斷功能是工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)于工業(yè)控制具有較高的意義和實(shí)用價(jià)值。 plc控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理是利用plc的邏輯或運(yùn)算功能，把連續(xù)獲得的被控過(guò)程的各種狀態(tài)不斷地與所存儲(chǔ)的理想(或正確)狀態(tài)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)(包括時(shí)間范圍和數(shù)值范圍)。若差異超出了該范圍，則按事先設(shè)定的方式對(duì)該差異進(jìn)行譯碼，最后以簡(jiǎn)單的、或較完善的方式給出故障信息報(bào)警。故障診斷的功能包括 故障的檢測(cè)和判斷及故障的信息輸出。在plc控制系統(tǒng)中，發(fā)生故障的情況是多種多樣的。

3 卸船機(jī)控制系統(tǒng)概述 

日照港氧化鋁接卸專(zhuān)用卸船機(jī)是世界最先進(jìn)的niv400al型氣力式連續(xù)卸船機(jī)，配備了 ６條作業(yè)線(xiàn)的自動(dòng)定量灌包系統(tǒng)。每臺(tái)卸船機(jī)額定生產(chǎn)能力為300噸/小時(shí)，最大能力為315噸/小時(shí)，12條作業(yè)線(xiàn)可晝夜卸船灌包氧化鋁12000噸至15000噸，比傳統(tǒng)的氧化鋁卸船灌包作業(yè)效率提高了40%以上，具有卸船灌包操作穩(wěn)、給料快、計(jì)量準(zhǔn)、能耗低、無(wú)污染等特點(diǎn)。 卸船機(jī)控制系統(tǒng)選用西門(mén)子s7-300系列cpu314-2dp作為主工作站，共有輸入144點(diǎn)，輸出64點(diǎn)，控制著卸船機(jī)的運(yùn)行、各狀態(tài)信號(hào)的采集和設(shè)備的故障診斷。其硬件組態(tài)如圖1所示。

圖1 卸船機(jī)控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

4 卸船機(jī)控制系統(tǒng)的故障診斷 

4.1 硬件組成 

卸船機(jī)的故障診斷系統(tǒng)建立在基于plc和故障顯示單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)上。plc在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是完成卸船機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備故障信號(hào)檢測(cè)、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)并傳輸給故障顯示單片機(jī)。故障顯示單片機(jī)由于具有較強(qiáng)的科學(xué)計(jì)算功能，通過(guò)編碼解碼完成從故障特征到故障原因的識(shí)別工作，并顯示于lcd屏，給出故障定位報(bào)告，并為操作員給出相應(yīng)的排除故障的建議。 

4.2 程序設(shè)計(jì) 

根據(jù)plc在故障診斷系統(tǒng)中的功能，筆者將從故障層次結(jié)構(gòu)、故障信號(hào)檢測(cè)、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)和傳輸四個(gè)方面對(duì)程序進(jìn)行分析。 

(1) 故障層次結(jié)構(gòu)圖 

在進(jìn)行故障診斷設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生的故障進(jìn)行分析，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)卸船機(jī)運(yùn)行中受控設(shè)備的組成，可以畫(huà)出卸船機(jī)控制系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)圖。為了描述簡(jiǎn)單，這里作了一定的簡(jiǎn)化。

圖2 卸船機(jī)故障層次結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)故障結(jié)構(gòu)的層次性為故障診斷的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)合理的層次模型。為了全面的顯示系統(tǒng)故障，必須把系統(tǒng)所有可能引起故障的檢測(cè)點(diǎn)引入plc，以便系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)行故障處理；并且在系統(tǒng)允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障檢測(cè)信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù)。 

(2) 故障點(diǎn)的信號(hào)檢測(cè)和預(yù)處理 

基于plc的卸船機(jī)故障診斷系統(tǒng)，為了得到設(shè)備故障情況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障自診斷，plc程序?qū)⑺泄收蠙z測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)反映給內(nèi)部寄存器，圖3是節(jié)選的用來(lái)記錄故障點(diǎn)的部分程序。 在程序段55中，i24.1是主風(fēng)機(jī)斷路器的閉合信號(hào)，當(dāng)主風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，i24.1的值是1，如果i24.1的值變?yōu)?，則程序中其常閉點(diǎn)閉合，說(shuō)明主風(fēng)機(jī)斷路器故障，此時(shí)plc輔助寄存器位m2.1將記錄此次信號(hào)的跳變。在程序段58中，i21.7是主風(fēng)機(jī)變頻器過(guò)熱的信號(hào)，當(dāng)變頻器正常時(shí)，i21.7的值是0，如果i21.7的值變?yōu)?，則程序中其常開(kāi)點(diǎn)閉合，說(shuō)明變頻器過(guò)熱故障，此時(shí)位m2.6將記錄此次信號(hào)的跳變。

圖3 卸船機(jī)故障點(diǎn)記錄程序

對(duì)于模擬量信號(hào)例如主風(fēng)機(jī)電流的故障診斷，首先利用模擬量模塊，接收來(lái)自電流變送器的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后與整定值或系統(tǒng)允許的極限值比較,若在允許范圍之內(nèi)則表明對(duì)應(yīng)的設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，如果實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定。 

(3) 故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)化存儲(chǔ) 

在程序設(shè)計(jì)中，將可能發(fā)生的故障點(diǎn)全都記錄在輔助寄存器m中，并且將故障根據(jù)發(fā)生類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，如圖4所示。

圖4 卸船機(jī)故障點(diǎn)轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)程序

單個(gè)故障點(diǎn)信息分別存儲(chǔ)于plc內(nèi)部寄存器字節(jié)m50和m51中，并通過(guò)邏輯或輸出于q53.0。 

(4) 故障信息的傳輸及顯示 

卸船機(jī)故障顯示單片機(jī)通過(guò)雙絞線(xiàn)與plc的輸出模塊建立連接及時(shí)讀取plc的內(nèi)部寄存器區(qū)的各種故障信息。如圖五所示，故障顯示單片機(jī)通過(guò)讀取plc輸出點(diǎn)q53.0-q53.7的值來(lái)獲取當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)，并把工作狀態(tài)顯示在lcd屏上。如果設(shè)備發(fā)生故障，單片機(jī)還將把故障代號(hào)，詳細(xì)信息和處理建議集中顯示。

5 結(jié)束語(yǔ) 

基于plc技術(shù)的故障診斷系統(tǒng)在卸船機(jī)控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，故障診斷系統(tǒng)能準(zhǔn)確而迅速地判斷出故障的原因，方便運(yùn)行人員維護(hù)和檢修，大大地提高了設(shè)備維修耗時(shí)，是順利生產(chǎn)的有力保障。