PLC故障诊断论文.pdf

机床电器 2 0 0 2 N o 2 计1 1 1 P I E应用 P L C控 制 系统故 障诊 断 蒙艳玫 刘正士 合肥工业大学机械学院 2 3 0 0 0 0 何 国金 唐治宏 李尚平 广西大学机械学 院 5 3 0 0 0 4 摘要 本文介绍了P I E控制系统故障诊断技术的几种方法和几个实用的诊断电路 并阐述 了这几种故障诊断 电路的优缺点及应用场台 关键词 P L C 故障检测 诊断法 中图分类 号 T P 3 9 1 8 文献 标识码 B 文章编号 1 0 0 4 一O 4 2 0 0 2 0 2 0 0 2 4 0 4 Di a g no s e o f眦Co n t r o l S y s t e m sFa i l u r e M E N G Y a n m e i l i E G u o j i n T A N G z h i h 0 n g L I U Z h e n g s h i L I S h 叫单i T l g Me c h a n i c a l E n g i n e e r in g I n s ti t u t e o f G u a n g x i U n i v e r s i t y 5 3 0 0 0 4 Al a a e l T h i s p a p e r i n t r o d u c e s s e v e r a l me o d s o f d i t e c h n o l o g y o f 眦c o l lt i o l s y s t e m s f a i l u r e a n d s e v e r a l p D d i a g n o s e c i r c 山h a l s o p o u n d s a d wl g e s h o r t c o m i n g a n d p p I y s i l U a fi o n o f t h e s e c l m u l t a Ke mr d s P C F a i l u re c h e l S n g Di a e m e t h o d O 前言 P L C控制系统故障诊断技术的基本原理是利用 P L C的逻辑或运算功能 把连续获得的被控过程的 各种状态不断地与所存储的理想 或正确 状态进行 比较 发现它们之 间的差异 并检查差异是否在所允 许的范围内 包括时间范围和数值范围 若差异超 出了该范围 则按事先设定的方式对该差异进行译 码 最后以简单的 或较完善的方式给出故 障信息报 警 故障诊断的功能包括故障的检测和判断及故障 的信息输出 常见的 P L C控制系统 中 其故 障的情 况是多种多样的 一些主要的故障 可用专门的传感 器测出 一般 的故障 有时为 了进行确 切的判断 也 需对原应用系统增加部分传感器并 占用相应的输入 点 但这将增加硬件成本 因此应根据实际情况权 衡 决定 1 P L C故障诊 断的几种方法 一 般的 P L C设备本身的故 障率很低 一旦 出现 故障亦能通过 自诊断检测并显示出来 所 以就 P L C 控制系统的故障来说 绝大部分不出在 P L C设备本 身 而是发生在 P L C的外部输入输 出环节 和执行机 构 当这些故障发生时 P L C不会 自动停机 往往在 发生故障或事 故后才被发 现 如何利用 P L C的逻 辑判断功能和其他功 能 在实施要求 的控制任务 的 同时 实现外部输入输 出环节故障的诊断 人们采用 了多种方法 1 1 逻辑错误故障检测诊断法 在被控设备工作正常的情况下 控 j 系统的各 个输入 输出信号和内部继 电器的信号相互之间存 在确定的逻辑 关系 一旦发生逻辑错误 控制系统 便出现故 障 图 1 为 常见逻 辑错误 的故障检测电 路 图中的第 1 逻辑行为检测 滑台的原位开关和终 点开关失灵 时造成 的逻辑错 误 在正 常工作情况 下 机床滑 台无论是快进 工进还是快退 其原位开 关和终点开关的常开触点都不可能同时闭合 只有 二者其中之一失灵 不能复位 后才会出现 同时闭合 的情况 所 以 一旦 M1得 电并驱 动 Y 0显示或报 警 必然是 出现 了开关 失灵故 障 图中的第 2逻辑 行为检测控制系统的过 多输 出故障状态 按控制要 求 只允许 Y 1 Y 3同时输 出 而不允许 Y 1 Y 2 Y 3 同 时输 出 如果 Y 1 Y 2 Y 3同时得 电 则 M 2得电并驱 动 Y 0显示或报警 图中第 3 5的并联逻辑阶梯用 于检测控制系统 的欠输 出故障状态 按要求 在某 工步 Y 1 和 Y 2 应同时输出 一旦出故障时 可能有 3种情 况 Y l和 Y 2都 不得 电 Y1不得 电而 Y 2得 电 Y 1 得电而 Y 2 不得电 若出现其中之一的逻辑 关 系 M3 便得电并驱动 Y 0显示或报警 这种电路检测 到的故障均通过输出继 电器 Y 0 显示和报警 其电路结构较简单 但是不便直接显 维普资讯 I W机 眦应用 机床电器 2 0 0 2 N o 2 1 朦 盖 卜 卜 卜 吴 灵 故 障 I t I 叫 I 应 输 不 应 输 出 应 输 出 l峨 一 L 仁 J l 目 喜 图 1 逻辑错误故 障检 测电路 示故障的类别 只能在发生报警后 根据 眦的输 入或输出指示灯去查找究竟是输入信号的故 障还是 输出信号的故障 1 2 超 时限故障检测诊断法 机械设备在 自动工作循环中 各个工步的动作 都要求在一定的时间内完成 超过 了规定的时限而 未完成动作 则视 为设备运行 出现故障 因此 可以 在被检测工步动作开始时 同时启动一个定时器 定 时器 的设定时间 比规定动作时间长 3 0 4 0 如果 定时器有输出信号则说明已发生故障 该信号可用 作故障显示 报警和故障停机信号 图 2为检 测一 个工步超时限的故 障检测电路 工步的正常动作时 间为 6 s 定时器 I 2 0的定时时间为 8 s 当工步启动 时 1 2 0开始计 时 如果工步 按时完成 其 完成信 号 切断 I 2 0的输入 I 2 0无输 出而无故 障信号 若工 步超时限 I 2 0输 出故 障信 号 该信 号驱 动输 出继 电器 Y 1 使之显示和报警 图中的工作循环启动信 号常闭触点用于撤消故障显示报警信号 故障显示 故障报警 图 2 超 时限故障检测 电路 利用超时限故障检测判别法 如果每一工步都 采用会 占用太多 的定 时器 程序也较繁琐 所以只 须对故障概率高的程序步予以监视 若要求监视的 工步较多而定时器不够时 可采用阶段超时检测法 即用几个相邻步共 同设置 一个总 的时间限值 用一 个定时器监视 或几个时间限值 相同的步共用 一个 定时器的办法 1 3 基于 眦机 内的移位寄存器 实现故障检 测的诊断法 对于多个故障信号的检测与判断 可利用 眦机 内的移位寄存器来完成 图 3为故障诊断原理框图 图 3 基于 移位 寄存器 的故障诊断原理框 圈 P L c内部移位寄存器 一 一 般为 l 6位 可用其检测 l 6 种故障 图 4为用移位寄存器 检测 多个故 障的 梯形图 移位寄存器为 M O 0一Ml 1 7 这组移位寄存 器任何时候只能有一位状态置 1 P L C启动前 移 位寄存器为零状 态 P L c启动后 MO 运行监 视脉 冲 导通 移位寄存器 中 M1 0 0的状态 为 l 在 t 4 2 时钟脉冲 的控制下 移位寄存器中的状态 l 进行 移位 同时 P L c通过对输入的各个故障检测信号进 行逻辑判断 满足故障条件时 对应 的输入继电器信 号有效 当移位寄存器中的状态 1 移到该故障状态 时 输出预定的二进制数 移位寄存器在 规定的延 时时间内 视具体情 况而 定 完成该故障检测和判 断 输出故障信息并进一步处理 然后 移位寄存器 继续移位 对其它故障进行检测 在 图 4的故障诊 断电路中 x 3 为某一故障信号 当该故障发生时 x 3 2 5 维普资讯 机床电器 2 0 0 2 N o 2 计算机 P L C应用 导通 使 M1 0 导通 若此时移位寄存器 中的 1 状态 移到 M1 0 0中 则 M 7 0动作 使 1M 7 7导 通 移位寄存 器暂停移位 1M l l 置位 输 出继 电器 Y 2 3导通 由于 故障诊断逻辑 的设置不同 使 得 Y 2 4 Y 2 7均没有 扳 瞌 谚 断 逻 擅 输出 由这五位输 出构成 的二进制数输 出代码 即代 表不同的故障代号 x 3的故 障代号为 1 0 0 0 同样 当 x 6有输入时 其故障代号是 l 1 0 0 0 它的故障诊 断原理与之相仿 圈 4 基于移位寄存器的故 障诊 断电路 如果一个系统需要监测的故障多于 l 6个 则可 串联两组移位寄存器来实现 首先让第一组寄存器 进行移位 移完 1 6次后 启 动第二组寄存 器进行移 位 移完后 又启动第一组 如此周而复始 这相当于 一 个 3 2位的移位寄存器 所不同的是 每一组移完 后 其中状态 l 总是保 持在第一个继 电器中 每组 移位寄存器的第一位不用 这样故障信息能扩展到 3 0位 这种故障诊 断方法可同时检测 多个故障 但 编程较繁琐 1 4 首发故障诊断法 控制 系统一旦发生故障 也可能随之有多个故 障发生 如果能找到第一个故障并按故障出现的先 后顺序有规律地进行 信息显示 则能较快地排除 故 障 以3 个故障为例 如图5 所示 其中设置了 3 个 故障检测位 分别 为 MI O 0 0 M1 1 0 0 MI 2 0 0 3个 初始故障检测位为 M1 0 0 2 MI 1 0 2 M1 2 0 2 F 1 4 9 1 为系统复位信号 初始状态时 无报警出现 故障检 测位都为 0 初 始故障检测位也都为 0 复位信号 F 1 4 9 1 为 0 在 3个故障 中假设首先发生第二个 故障 在程序扫描的第一个周期 内 其对应的故障 检测位 M1 1 0 0变 为 1 M1 0 0 2 M1 2 0 2 F 1 4 9 1 初 始值为 0 初 始故障检测位 1M 1 1 0 2变为 1 通过 自锁保持为 1 直到故 障被排除 系统复位信号发 出后 1 状态才被解除 在 程序扫描的第二个周期 内 Ml 1 O 2 保持为 1 实现 了对 M1 0 0 1 1M 1 2 0 1的 封锁 即使此时另外某一个故障检测位为 1 也不 能导 致其初始 故障检测位变 为 1 通过此 P L C 程 故 障 诊 断 逻 辑 进 制 输 出 维普资讯 计算机 P L C应用 机床电需 2 0 O 2 N o 2 0 0 1 L M 1 D 0 2 l 堡 4 L 1 1 0 2 1 I L 1 2 0 2 l L l I l 1 0 0 l 图 5 首发故障诊 断电路图 序的控制 就能从同时发生 的众 多故障里准确地判 断出初始故障 这种方法是排除 由某一个故障引起的连锁故障 的有效方法 在一些复杂系统 如 自动化生产线 当几个故障同时显示时 该方法能准确地判断出首 发故障 极大提高系统维修的准确性和快速性 1 5 基于 P L C控制 系统流程 C S F C o n u L S y s t e m F l o w c h a r t 的现代制造系统的故 障诊断法 该方法需首 先建立基 于 P L C控制系统 的逻辑 诊 断模型 在逻辑诊 断模 型中 所有与 C S F有关的 变量都是以二进制 的形式来描述 的 这些 二进制变 量即为 P L C内部的输入信号 输出信号 标 志信号 计时器信号 计数器信号以及内存中的数据信号等 逻辑诊断模型就 是用 这些 变量并结 合 C S F图来建 立的 详细步骤如图 6所示 图6 基于 C S F的故障逻辑诊断模型原理图 若 设 a s x 为设 备运 动状态信号 的状态 s x 的逻 辑表达式是按照 C S F图的层次结构逐层分解得到 b S k I S 1 S 2 S k 表示几个 P L C信号的逻辑 与 组合 c 西 S k 表示 S k 的状态 d F x 表示设备运动的故障状态 则有 a 不可分解 的设 备运 动状态信号的最 简逻辑 表达式 s x l S k l 2 S k 其中每一项 S k j 即为使运动状态 s X l 的一个可能情况 b 设备运动的故障状态逻辑表达式 F X S X S k l s 砬 j S k i 根据逻辑诊断模 型建立起设备运动过程的故障 状态逻辑表达式后 表达式 的每一项表示一种可能 的故障原因组合模式 具体诊断推理过程如下 a 将故障状态与 P L C内部信号 的当前状态相 比 较 如一致 则判断有故障存在 否则 认为没有发生 故障 b 如故障存在 则令故障状态逻辑表达式 F X l 由此建 立故障状态的逻辑方程 F X S k l c 根据该方程 将 P L C内部存储器 中的实 际信 号状态值代人方程中的各项可能 的故障原因组合模 式进行计算 如果有一项 S k l 则这一项所 对应的故障原因组合模式即为导致故障的真正原 因 使用这种诊断模 型 必须保证故 障状态逻辑表 达式中的故障原因模式覆盖所 有可能 的故障原 因 并且相互独立 该故障诊断法是适用于现代制造系 统的运动故障诊断较有效的方法 但这种方法诊断 模型建模复 杂 限制了它的应用 2 结束语 P L C在 故障诊 断方 面的应 用 充分显示 了 P L C 的优越性 为以 P L C 作为基本控制器的系统提供了 有效的故障检测手段 P L C故障检测的方 法很多 设计控制系统的故障诊断电路时 应视具体的场合 一 2 7 维普资讯 机床 电器 2 0 0 2 N o 2 计算机 P L C应用 单片机在应用中的软件抗干扰技术 孙茂松 唐 山高等专科学校 0 6 3 0 0 0 摘要 本文针 对 A T 8 9系列单 片机在应用 中的不同干扰后 果 从单 片机应用 系统设 计 的角度探讨 了不 同的软件 抗 干扰技术 并绐 出了部 分软件抗 干扰技术 的程序 关键词 单 片机 抗 干扰技术 软件 中图分类 号 T P 3 6 8 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 0 4 2 0 2 0 0 2 0 2 一O O 2 8 0 3 S o fl lr e A n ti i n t e r f e r m T e c h n o l o g y o f S i n e c h i p S UN M且 o 1 g g s h a r I S p e c 且 l I n s t i t u t e 0 6 3 0 0 0 A b s 0 I n v i q v o f d i ff e r e n t i n t e r f e x a n o d t e r e e c t t o e dj p i n a p p l i c a t i o n s e v e r a l k i n d s o f a n t i i m e r f e r a n e e s o f t w a r e t o e h n o l o g i e h a v e b e e n d L u me d i n t h e p o i n t o f a p p l i c a t i o n s y s t e m d e s i g n o f i t a n d p r o g r a ms o f s o me a n t i i n t e r f e r a n c e e c I mQ l s o f t w a r e w e r e p r o v i d e d w n g l e c h i o A n t i i n t e r f e r m a e e t e c h n o 1 y S c twa r e 0 引言 单片机在工 业 国防等领域应用极为广 泛 然 而单片机 的工作环境往 往是很恶 劣和复杂 的 其应 用的可靠性和安全性就是一个非常突出的问题 单 片机在应用系