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)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，它具有可靠性高、抗干擾能力強，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。作為plc本身，它的故障發(fā)生率非常低，但對以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，從而使整個系統(tǒng)發(fā)生故障，有時還會燒壞plc，使整個系統(tǒng)癱瘓，造成極大的經(jīng)濟損失。所以，一個完善的plc系統(tǒng)除了能夠正常運行，滿足工業(yè)控制的要求，還必須能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時兼顧及時的故障診斷和故障處理建議。 本文將針對日照港氧化鋁接卸專用vigan卸船機plc控制系統(tǒng)的故障診斷設(shè)計進行分析。

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)的智能化的一個重要標志，對于工業(yè)控制具有較高的意義和實用價值。 plc控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理是利用plc的邏輯或運算功能，把連續(xù)獲得的被控過程的各種狀態(tài)不斷地與所存儲的理想(或正確)狀態(tài)進行比較，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)定的方式對該差異進行譯碼，最后以簡單的、或較完善的方式給出故障信息報警。故障診斷的功能包括 故障的檢測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 卸船機控制系統(tǒng)概述 

日照港氧化鋁接卸專用卸船機是世界最先進的niv400al型氣力式連續(xù)卸船機，配備了 ６條作業(yè)線的自動定量灌包系統(tǒng)。每臺卸船機額定生產(chǎn)能力為300噸/小時，最大能力為315噸/小時，12條作業(yè)線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、計量準、能耗低、無污染等特點。 卸船機控制系統(tǒng)選用西門子s7-300系列cpu314-2dp作為主工作站，共有輸入144點，輸出64點，控制著卸船機的運行、各狀態(tài)信號的采集和設(shè)備的故障診斷。其硬件組態(tài)如圖1所示。

圖1 卸船機控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

4 卸船機控制系統(tǒng)的故障診斷 

4.1 硬件組成 

卸船機的故障診斷系統(tǒng)建立在基于plc和故障顯示單片機組成的控制系統(tǒng)上。plc在故障診斷系統(tǒng)中的功能主要是完成卸船機控制系統(tǒng)設(shè)備故障信號檢測、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲并傳輸給故障顯示單片機。故障顯示單片機由于具有較強的科學(xué)計算功能，通過編碼解碼完成從故障特征到故障原因的識別工作，并顯示于lcd屏，給出故障定位報告，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 

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)、故障信號檢測、預(yù)處理，轉(zhuǎn)化存儲和傳輸四個方面對程序進行分析。 

(1) 故障層次結(jié)構(gòu)圖 

在進行故障診斷設(shè)計時，必須對整個系統(tǒng)可能會發(fā)生的故障進行分析，得到系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)卸船機運行中受控設(shè)備的組成，可以畫出卸船機控制系統(tǒng)的故障層次結(jié)構(gòu)圖。為了描述簡單，這里作了一定的簡化。

圖2 卸船機故障層次結(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)計提供了一個合理的層次模型。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點引入plc，以便系統(tǒng)能及時進行故障處理；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信息為系統(tǒng)的故障自診斷提供服務(wù)。 

(2) 故障點的信號檢測和預(yù)處理 

基于plc的卸船機故障診斷系統(tǒng)，為了得到設(shè)備故障情況實現(xiàn)系統(tǒng)的故障自診斷，plc程序?qū)⑺泄收蠙z測點的狀態(tài)反映給內(nèi)部寄存器，圖3是節(jié)選的用來記錄故障點的部分程序。 在程序段55中，i24.1是主風(fēng)機斷路器的閉合信號，當主風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)時，i24.1的值是1，如果i24.1的值變?yōu)?，則程序中其常閉點閉合，說明主風(fēng)機斷路器故障，此時plc輔助寄存器位m2.1將記錄此次信號的跳變。在程序段58中，i21.7是主風(fēng)機變頻器過熱的信號，當變頻器正常時，i21.7的值是0，如果i21.7的值變?yōu)?，則程序中其常開點閉合，說明變頻器過熱故障，此時位m2.6將記錄此次信號的跳變。

圖3 卸船機故障點記錄程序

對于模擬量信號例如主風(fēng)機電流的故障診斷，首先利用模擬量模塊，接收來自電流變送器的模擬信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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)則表明對應(yīng)的設(shè)備處于正常運行狀態(tài)，如果實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定。 

(3) 故障點的轉(zhuǎn)化存儲 

在程序設(shè)計中，將可能發(fā)生的故障點全都記錄在輔助寄存器m中，并且將故障根據(jù)發(fā)生類型進行分類存儲，如圖4所示。

圖4 卸船機故障點轉(zhuǎn)化存儲程序

單個故障點信息分別存儲于plc內(nèi)部寄存器字節(jié)m50和m51中，并通過邏輯或輸出于q53.0。 

(4) 故障信息的傳輸及顯示 

卸船機故障顯示單片機通過雙絞線與plc的輸出模塊建立連接及時讀取plc的內(nèi)部寄存器區(qū)的各種故障信息。如圖五所示，故障顯示單片機通過讀取plc輸出點q53.0-q53.7的值來獲取當前設(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，單片機還將把故障代號，詳細信息和處理建議集中顯示。

5 結(jié)束語 

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