自動(dòng)控制中一種故障檢測(cè)與報(bào)警的方法

胡明國(guó)（天津炬聯(lián)眾慧科技有限公司，天津　301700）

自動(dòng)控制中一種故障檢測(cè)與報(bào)警的方法

胡明國(guó)
（天津炬聯(lián)眾慧科技有限公司，天津301700）

本文以西門子S7-200PLC為例介紹了一種故障檢測(cè)、報(bào)警程序的實(shí)現(xiàn)方案，可以遷移到其它類型的PLC上，給生產(chǎn)過程提設(shè)備保護(hù)和支持。

故障檢測(cè)；報(bào)警；PLC

1　需求分析

生產(chǎn)過程會(huì)遇到各種故障，這時(shí)要及時(shí)采取措施并通知操作員，保護(hù)人員和設(shè)備安全。故障檢測(cè)與報(bào)警通常要實(shí)現(xiàn)下列功能：

（1）檢測(cè)各種故障；（2）檢測(cè)到故障后，聲光報(bào)警，并給出故障指示；（3）報(bào)警后，操作員可消音、確認(rèn)故障。消音有時(shí)效，消音時(shí)間過后，如果故障未消除，重新啟動(dòng)報(bào)警器；如果故障全部消除，不啟動(dòng)報(bào)警器；（4）消音期間有新故障產(chǎn)生，即使消音時(shí)間未到，也要啟動(dòng)報(bào)警器；（5）按復(fù)位按鈕，清除所有報(bào)警標(biāo)志位。

2　解決方案

建立故障檢測(cè)和故障處理兩個(gè)子程序，用上位機(jī)界面或觸摸屏顯示故障信息。

2.1故障檢測(cè)子程序

主程序每個(gè)周期調(diào)用故障檢測(cè)子程序，檢測(cè)故障并處理故障的報(bào)警標(biāo)志位，不同的故障對(duì)應(yīng)不同的報(bào)警標(biāo)志位。

由故障數(shù)量確定報(bào)警標(biāo)志位集中存放到一個(gè)或幾個(gè)字中。比如開辟M(fèi)D22為故障存儲(chǔ)區(qū)，1個(gè)雙字共32位，可存放32個(gè)故障；開辟VD22為故障暫存區(qū)。故障存儲(chǔ)區(qū)與故障暫存區(qū)的大小要相同。

輸入的故障信號(hào)要做濾波，有硬件、軟件濾波兩種方法。

（1）硬件濾波。軟件STEP 7MicroWIN SP6左側(cè)點(diǎn)擊“系統(tǒng)塊”，在“系統(tǒng)塊”對(duì)話框的左側(cè)，點(diǎn)擊“輸入濾波器”在“數(shù)字量”和“模擬量”選項(xiàng)卡，可以設(shè)置數(shù)字量和模擬量的輸入濾波延時(shí)。

圖1

（2）軟件濾波。使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)軟件濾波功能。設(shè)定定時(shí)器的預(yù)設(shè)時(shí)間，比如20ms。當(dāng)輸入信號(hào)接通時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間后，如果該輸入信號(hào)仍為接通，置位標(biāo)志位（注意何時(shí)復(fù)位）。如果輸入信號(hào)不能持續(xù)20ms，那么認(rèn)為該信號(hào)無效。這樣可去除信號(hào)中瞬時(shí)脈沖干擾信號(hào)。

2.2故障指示

觸摸屏或上位機(jī)界面顯示故障信息：可用不同顏色顯示故障狀態(tài)，比如故障進(jìn)入、故障消失、故障被確認(rèn)；哪個(gè)操作員確認(rèn)等。

圖2

2.3故障處理子程序

主程序每周期調(diào)用故障處理子程序，對(duì)報(bào)警、消音、復(fù)位進(jìn)行處理。

如果MD22不等于0，且消音標(biāo)志位不為1，表示有故障發(fā)生且未消音：報(bào)警器輸出，提示操作員有故障發(fā)生。

按下消音按鈕，置位消音標(biāo)志位。利用消音標(biāo)志位的上升沿將MD22存放到VD22。

每個(gè)掃描周期比較MD22和VD22，如果不相等，表示有新的故障產(chǎn)生：復(fù)位消音標(biāo)志位。使用故障暫存區(qū)很巧妙，避免了用所有報(bào)警標(biāo)志位的上升沿復(fù)位消音標(biāo)志位；在程序擴(kuò)展（加入新的故障）也不易遺漏出錯(cuò)。

按下復(fù)位按鈕，MD22和VD22清零。使用復(fù)位按鈕前，須先將各個(gè)故障采取相應(yīng)的措施消除掉。故障消失時(shí)，程序不宜自動(dòng)將其報(bào)警標(biāo)志位復(fù)位，最好由操作員確認(rèn)。

消音時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，消音時(shí)間到后復(fù)位消音標(biāo)志位。分配1個(gè)內(nèi)存字保存消音時(shí)間，通過觸摸屏或人機(jī)界面可以更改其值。

當(dāng)MD22=0，復(fù)位消音標(biāo)志位。

2.4故障分類

故障分為一般故障、嚴(yán)重故障和停機(jī)故障。

一般故障只報(bào)警不停機(jī)；比如溫度超過限定值。

嚴(yán)重故障需要報(bào)警、部分設(shè)備停止。比如小車的行走電機(jī)碰到正轉(zhuǎn)極限限位時(shí)，必須立即停止正轉(zhuǎn)。注意，這時(shí)它反轉(zhuǎn)還是允許的。注意系統(tǒng)兼顧靈活性和實(shí)用功能。

停機(jī)故障將導(dǎo)致系統(tǒng)整體停機(jī)。比如按下急停按鈕、重要設(shè)備過熱跳閘、蒸汽壓力極高。

2.5系統(tǒng)改進(jìn)

可以在一些細(xì)節(jié)上做些細(xì)微改進(jìn)，使系統(tǒng)更友好，體現(xiàn)作為軟件提供方的服務(wù)意識(shí)。

（1）在故障指示畫面中給出故障代碼，可依此代碼從系統(tǒng)幫助或說明書中查看故障詳細(xì)信息、排除方法等。

（2）加試報(bào)警燈、試報(bào)警鈴按鈕，定期檢查報(bào)警燈、鈴是否工作正常。

靈活使用試報(bào)警燈、鈴按鈕：手動(dòng)啟動(dòng)機(jī)器前，可先按試燈、鈴按鈕，警告人員離開機(jī)器活動(dòng)范圍。

（3）對(duì)歷史故障信息進(jìn)行記錄。通過歷史故障可以查出過去什么時(shí)間發(fā)生過哪些故障，相當(dāng)于故障分析的黑匣子，依次制定、采取相應(yīng)措施。歷史故障信息可以記錄到人機(jī)界面軟件，也可以直接寫到PLC的數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)器里，以保護(hù)信息長(zhǎng)期不丟失。

3　需要注意的事項(xiàng)

（1）無論手動(dòng)還是自動(dòng)，故障檢測(cè)與報(bào)警均應(yīng)起效。

（2）檢測(cè)到故障后，如果系統(tǒng)運(yùn)行，啟動(dòng)報(bào)警器；如果系統(tǒng)停車，不應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警器，只給出故障指示?？梢杂靡粋€(gè)運(yùn)行標(biāo)志位來區(qū)分運(yùn)行還是停車。

（3）要考慮故障信號(hào)何時(shí)有效。比如溫度被加熱到某值需要一定時(shí)間，在系統(tǒng)未啟動(dòng)或啟動(dòng)不久時(shí)，溫度就可能不在設(shè)定的范圍內(nèi)，但此時(shí)屬于正常的升溫過程，不屬溫度超限或超報(bào)警值故障，不需報(bào)警和停車，只在故障指示中給出顯示即可。

針對(duì)這種情況，可參考下面兩種解決方案：1）報(bào)警參數(shù)采用絕對(duì)數(shù)值：在升溫、降溫過程中，不斷調(diào)整上下限和高低報(bào)警值。這增加了操作員的工作量；2）報(bào)警參數(shù)采用相對(duì)數(shù)值：設(shè)定值由程序按溫度曲線和時(shí)間自動(dòng)浮動(dòng)設(shè)定，在設(shè)定值的基礎(chǔ)上確定上下限和高低報(bào)警值。這需要一條合理的溫度曲線。

（4）嚴(yán)重故障發(fā)生后，即使是停機(jī)故障也不一定要復(fù)位全部輸出。比如使用氣動(dòng)電磁閥控制夾頭，發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，不能復(fù)位夾坯電磁閥輸出，否則，夾頭里的產(chǎn)品將掉落。但若功能和安全發(fā)生沖突，首先保證人員安全。

4　結(jié)論

故障檢測(cè)與報(bào)警在工業(yè)應(yīng)用中必不可少，本文介紹了一種靈活、簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)思路，并且可以遷移應(yīng)用到其它類型的PLC中。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.182