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用PLC录波排除控制系统疑难故障的方法

供稿: 2020/2/9 22:42:57

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  • 关键词:
  • 摘要:本文介绍了控制系统短时(偶发)故障的现象,及处理思路,供控制系统相关技术人员参考。

从复杂的宇宙飞船到简单的自行车,只要是设备,就可能出现故障,就涉及到故障排除的问题。

对于,以PLC为核心的电气控制系统,可能的故障原因多集中在三个区域:输入侧、程序本身和输出侧。输入侧指传感器、操作元器件、信号线、输入模块等与PLC输入有关的所有硬件。输出侧包括输出模块、信号线、指示灯、执行器件等有关的硬件。控制信号的流向如图1所示。

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1 PLC控制系统典型信号流向图

当故障原因不明确时,通常是按照信号的反向流程来分区判断。当一个执行器件未按照设计动作时,首先看PLC输出信号是不是正常。如果PLC输出信号正常,则是线/缆或者执行元器件的问题,本文不进行深入讨论。如果PLC输出信号不正常,则需要检查程序,查看哪个条件不满足,并继续追踪,直到查出程序问题,或者输入问题,并准确定位到故障点。

如何查程序?依据故障现场持续的时间,可以大致分成持续故障和短时故障两类。

持续故障是指故障点的状态持续不变,比如某个传感器硬件故障,信号维持一个固定的状态。这里继续分两种情况讨论,如果是持续作用的信号,则可以用编程软件直接在线查找到问题源。如果逻辑简单,甚至可以直接查看输入(DI)的状态来判断故障点。比如说,某个设备无法启动,是可以从从容容地进行故障排查的。

即使故障原因持续,如果起作用的时刻比较短,则还是要按照后面说明的短时故障去判断。比如说,某移动设备的一个位置传感器,只有设备经过该位置时,信号才会短时出高电平,其他时刻都是低电平。如果这个传感器失电,信号一直保持低电平,则设备经过前,故障是不会表现出来的。

短时故障,是指故障原因出现的时间很短(尤其是偶发的短时故障),比如说,某个传感器的信号线松了,设备发生振动,信号时断时续,甚至十天半个月来一次。或者,系统出现了干扰,某个信号偶尔会不正常反转。短时故障也指那些故障的状态只能在短时间显现的情况(前一段描述的情况)。

对于短时故障,尤其是那些可能原因比较多的短时故障,无法依靠肉眼去长期跟踪,比较好的手段就是信号录波。基本思路:将异常的输出及可能原因(PLC变量)都进行连续状态记录。在出现故障时,回看故障时各变量的状态记录,结合程序逻辑,就可以判断出故障点或者故障范围,然后,缩小范围继续录波,直到定位出故障点。

常用的录波手段包括:HMI软件的变量记录、编程软件的曲线记录、第三方通用录波软件。

HMI软件的变量记录(也指SCADA软件),就是在HMI里将需要记录的变量都添加进去,并设置成连续记录,然后用波形查看控件进行波形的回放。这种方法对于临时查故障是极不方便的,因为,需要把HMI画面停下来进行一次画面开发,然后再运行起来,工作量不小,且影响操作人员的使用。另外,HMI的变量刷新速度一般较低,比如0.5s刷新周期,PLC的程序执行周期一般在100ms之内,因此,会遗漏很多细节。

PLC编程软件能记录曲线的并不多,并且也不太容易操作。比如STEP7是无法记录曲线的,博图具有轨迹功能限于S7-1200S7-1500,但是其本质是PLC内进行记录,然后上传显示,优点:可以实现每周期的记录可以进行条件触发。缺点:不能连续跟踪不能脱离庞大的博图软件

第三方通用录波软件是指那些能对多种PLC进行连续录波的软件,比较常见的是PLC-ANALYZERIBA。这两个软件都是国外的软件,价格昂贵,无免费使用部分。一般PLC工程师无法承受。国内新出现的PLC-Recorder录波软件,与PLC-ANALYZER风格、性能类似,且其大部分功能都可以长期免费使用。

简单介绍了录波软件,回头再看短时故障。根据故障现象持续的时间长短,要选择不同的录波手段。大家可以参照下图选择合适的软件工具:

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2 PLC录波软件的选择建议

对于短时的故障,需要采用特殊软件或者特殊方法来进行故障录波和诊断。某些软件能让PLC自己按照扫描周期录波,然后事后上传显示的编程软件,比如前面提到的博图轨迹功能。也包括那些通过PLC编程进行数据缓冲,然后再打包上传的专用软件。

如果无法用特殊软件进行录波(比如型号非常老的PLC),则可以采用拖尾法对于可疑的信号进行处理,让信号的时间变长,然后利用通用录波软件或者HMI对于处理后的信号进行录波即可。比如某信号正常出低电平,怀疑其可能短时出现了高电平,则可以增加程序,对其进行断开延时,然后记录断开延时后的信号即可(如下图所示)。对于可能出现低电平的,则可以增加接通延时来进行拖尾,甚至两种延时同时增加,进行两个方向的拖尾。

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3 通过断开延时进行拖尾的时序图

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4 故障分类和排查方法分类

控制系统的故障原因非常多,本文只是讨论了那些和PLC有关的故障诊断方法,且仅深入讨论了DI信号异常的诊断方法,其他类型信号的诊断方法,可参照这些思路进行研究。

审核编辑(王静)
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