試論PLC在機電設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

劉小敏

摘 要：通過PLC及計算機構(gòu)成的診斷系統(tǒng)，可實現(xiàn)故障系統(tǒng)智能化，充分利用PLC硬件資源和外圍線路的鏈接，對設(shè)備進行故障診斷，更為快捷方便。為此，本文主要對機電設(shè)備故障診斷中PLC的相關(guān)內(nèi)容進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：PLC；機電設(shè)備；故障診斷

20世紀(jì)六七十年代，現(xiàn)代總線技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，形成了以現(xiàn)代計算機、通信和控制技術(shù)為主導(dǎo)的控制體系，可編程控制器（以下稱為PLC）順應(yīng)時代的發(fā)展而誕生，并由電氣向計算機控制一體化的發(fā)展方向邁進。PLC技術(shù)是將微處理器作為發(fā)展的基礎(chǔ)，通過計算機、通信、互聯(lián)網(wǎng)及自動控制技術(shù)的相互滲透、相互綜合而產(chǎn)生的一種工業(yè)控制裝置。到了90年代隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)的處理速度、運算和控制功能發(fā)展的水平越來越高，使其應(yīng)用的范圍也不斷擴大。目前PLC技術(shù)還只是一個基層的控制系統(tǒng)，在今后的發(fā)展中要逐漸實現(xiàn)以智能傳感、計算機控制、數(shù)字通訊等為主導(dǎo)的綜合性技術(shù)，以開放式、新型全分布式控制系統(tǒng)為主要的表現(xiàn)形式，最終成為電氣系統(tǒng)的前沿技術(shù)。

1 PLC診斷機電設(shè)備故障的基本原理

1、基于開關(guān)量信號的故障診斷

PLC對開關(guān)量信號的識別是通過其開關(guān)量輸進模塊完成的。PLC控制機電設(shè)備時，設(shè)備中的壓力、溫度、液位、行程開關(guān)及操縱按鈕等開關(guān)量傳感器與PLC的輸進端子相連，每個輸進端子在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個“位”，每個“位”在內(nèi)存中為一個地址。輸進“位”的工作原理。故PLC的內(nèi)部電路可以“感知”開關(guān)信號的有無。讀取PLC輸進位的狀態(tài)值可作為識別開關(guān)量故障信號的根據(jù)。診斷開關(guān)量故障的過程，實質(zhì)就是將PLC正常的輸進位狀態(tài)值與相應(yīng)的輸進位的實際狀態(tài)值相比較的過程。假如二者比較的結(jié)果是一致的，則表明機電設(shè)備處于正常工況，不一致則表明對應(yīng)輸進位的設(shè)備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于開關(guān)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(shè)備的目的。

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(zhuǎn)換原理，輸進端接收來自傳感器或信號發(fā)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(zhì)就是將在相應(yīng)A/D通道讀到的監(jiān)測信號的模擬量的實際值與系統(tǒng)答應(yīng)的極限值相比較的過程。假如比較的結(jié)果是實際值闊別極限值，則表明機電設(shè)備對應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，假如實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態(tài)。判定故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設(shè)定開關(guān)可精確設(shè)置該極限值。

當(dāng)模擬量的實際值達到模擬量設(shè)定開關(guān)的設(shè)定值，PLC還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動開關(guān)量模塊上的輸出位，或者從PLC的通訊口主動發(fā)起通訊，從而輸出故障診斷的結(jié)果，并據(jù)此實現(xiàn)對機電設(shè)備的控制。

2 PLC在故障診斷系統(tǒng)中的作用

故障診斷系統(tǒng)是典型的人機系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的信息流向和功能劃分的結(jié)果，基于計算機智能化的故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸進模塊要完成機電設(shè)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(xiàn)特征參數(shù)提取、控制指令代碼轉(zhuǎn)換的功能。專家知識的整理和表達由領(lǐng)域?qū)＜液拖到y(tǒng)專家協(xié)作完成。控制模塊是故障診斷系統(tǒng)的核心，它根據(jù)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?？刂颇K的功能越完善，故障診斷系統(tǒng)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(yù)告和解釋的結(jié)果。其中，人機界面還能提供排除故障的技術(shù)路線。

實現(xiàn)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(yù)作用，是機電設(shè)備對其故障診斷系統(tǒng)的要求。采用PLC的故障診斷系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)故障診斷過程的自動化。

PLC的開關(guān)量輸進模塊可用作為開關(guān)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(xiàn)對設(shè)備的在線監(jiān)測。

PLC的內(nèi)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(qū)動故障診斷系統(tǒng)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(shè)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(xiàn)智能化診斷的方式

實現(xiàn)機電設(shè)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(shù)發(fā)展的一個重要方向。

由于目前的PLC產(chǎn)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(tǒng)的智能程度是相當(dāng)有限的。為此，可利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)，將PLC和計算機聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，互相取長補短，共同構(gòu)成故障診斷的硬件系統(tǒng)。

PLC采用并行分布式結(jié)構(gòu)，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(fù)雜的數(shù)據(jù)運算，建立數(shù)據(jù)庫，存儲專家知識，其輸進輸出設(shè)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(lián)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(lián)接，二是通過PLC的輸進輸出端子與計算機上的開關(guān)量板和A/D板進行聯(lián)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(guān)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(lián)接方式把故障診斷系統(tǒng)的輸進模塊。

網(wǎng)絡(luò)中的PLC和計算機在故障診斷系統(tǒng)中各自扮演著不同的角色。通常情況下，故障診斷過程中復(fù)雜的邏輯判定、開關(guān)量故障信號的檢測以及在嚴(yán)重故障狀態(tài)下對設(shè)備進行的保護可交給PLC完成，以充分發(fā)揮PLC的技術(shù)上風(fēng)，而復(fù)雜的數(shù)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(diào)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(guān)量板的輸出端口傳遞控制信號，并將控制權(quán)交給PLC。充分利用通訊口的功能，有利于減小PLC的規(guī)模。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會的發(fā)展及科技的進步，PLC技術(shù)在機電領(lǐng)域應(yīng)用的范圍越來越廣泛。機電設(shè)備故障診斷中對PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅使繼電器邏輯的復(fù)雜性大大降低了，還提高了控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，優(yōu)化了控制系統(tǒng)的操作結(jié)構(gòu)，極大地降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

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