國產(chǎn)PLC在控制中常見的故障分析及維護
為了延長plc控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的設備消耗、元器件設備故障發(fā)生點有較明白的估計，也就是說，要知道整個系統(tǒng)哪些部件最容易出故障，以便采取措施。現(xiàn)以特種水泥1號線的PLC過程控制系統(tǒng)為例，對PLC過程控制系統(tǒng)故障分布規(guī)律進行分析，希望能對PLC過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計和日常維護有所幫 助。
1.系統(tǒng)故障的概念
系統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為PLC故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I／O模塊及相關的網(wǎng)絡和外部設備。現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備包括I／O端口和現(xiàn)場控制檢測設備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。
2.系統(tǒng)的故障統(tǒng)計及分析處理
2.1我廠特種水泥1號線過程控制系統(tǒng)簡介
2000年該系統(tǒng)改造時采用奧越信兼容西門子s7-200系列PIC為核心組成的PLC過程控制系統(tǒng)。
該系統(tǒng)有2個集中控制室：窯尾控制室和窯頭控制室，其中窯頭控制室為主站；2個現(xiàn)場工作站：窯尾生料自動配料工作站和窯尾成球盤自動加水成球工作站；2個電視監(jiān)控系統(tǒng)：預熱器進口下料監(jiān)控和窯頭電視看火。
現(xiàn)場工作站是獨立的微機自動控制系統(tǒng)，它與主站只進行模擬量的通訊和開關量的聯(lián)鎖。主站與從站間采用幀同步全雙工通訊方式：
2.2系統(tǒng)
故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計
經(jīng)統(tǒng)計，系統(tǒng)故障共計126次，其中PLC的故障比例約為4．7％，現(xiàn)場部分故障比例約為95．3％，：對照其他PLC過程控制系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，并考 慮該系統(tǒng)運行時間不是很長，該比例比較接近一般PLC過程控制系統(tǒng)的故障分布規(guī)律，有一定的普遍性。一般來講PIC部分的故障比例約為5％，現(xiàn)場控制設備 的故障比例約為95％。
2.3系統(tǒng)故障分析及處理
2.3.1PLC主機系統(tǒng)
PLC主機系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作、散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。通訊及網(wǎng)絡受外部干擾的可能性大，外部環(huán)境是造成通訊外部設備故障的最大 因素之一。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變 化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等 因素對設備的破壞。目前PLC的主存儲器 大多采用可擦寫ROM，其使用壽命除了主要與制作工藝相關外，還和底板的供電、CPU模塊工藝水平有關。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的處理芯 片，故障率已經(jīng)大大下降。對于PLC主機系統(tǒng)的故障的預防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝 運行要求；同時在系統(tǒng)維修時，嚴格按照操作規(guī)程進行操作，謹防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。
PLC的I／O端口
PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I／O端口。PLC的技術優(yōu)勢在于其I／O端口，在主機系統(tǒng)的技術水平相差無幾的情況下，I／O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少I／O模塊的故障就要減少
外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。
現(xiàn)場控制設備
在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場，表2列出了現(xiàn)場中最容易出故障的幾個方面。
1）第一類故障點（也是故障最多的地點）在繼電器、接觸器。如該生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。主 要原因除產(chǎn)品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。在該生產(chǎn)線上所有現(xiàn)場的控制箱都是選用密閉性較好的盤 柜，其內(nèi)部元器件較其他采用敞開式盤柜內(nèi)元器件的使用壽命明顯要長。所以減少此類故障應盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減 少其對系統(tǒng)運行的影響。
2）第二類故障多發(fā)點在閥門或閘板這一類的設備上，因為這類設備的關鍵執(zhí)行部位，相對的位移一般較大，或者要經(jīng)過電氣轉(zhuǎn)換等幾個步驟才能完成閥門或閘 板的位置轉(zhuǎn)換，或者利用電動執(zhí)行機構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護，機械、電氣失 靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。我廠對此類設備建立了嚴格的點檢制度，經(jīng)常檢查閥門是否變形，執(zhí)行 機構(gòu)是否靈活可用，控制器是否有效等，很好地保證了整個控制系統(tǒng)的有效性。
3）第三類故障點可能發(fā)生在開關、極限位置、安全保護和現(xiàn)場操作上的一些元件或設備上，其原因可能是因為長期磨損，也可能是長期不用而銹蝕老化。如該 生產(chǎn)線窯尾料球儲庫上的布料行走車來回移動頻繁，而且現(xiàn)場粉塵較大，所以接近開關觸點出現(xiàn)變形、氧化、粉塵堵塞等從而導致觸點接觸不好或機構(gòu)動作不靈敏。 對于這類設備故障的處理主要體現(xiàn)在定期維護，使設備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外，還要在設計的過程中加入多 重的保護措施。
4）第四類故障點可能發(fā)生在PLC系統(tǒng)中的子設備，如接線盒、線端子、螺栓螺母等處。這類故障產(chǎn)生的原因除了設備本身的制作工藝原因外還和安裝工藝有 關，如有人認為電線和螺釘連接是壓的越緊越好，但在二次維修時很容易導致拆卸困難，大力拆卸時容易造成連接件及其附近部件的損害。長期的打火、銹蝕等也是 造成故障的原因。根據(jù)工程經(jīng)驗，這類故障一般是很難發(fā)現(xiàn)和維修的。所以在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設備隱患。
5）第五類故障點是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PIC內(nèi)部進行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點巡檢有關，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。
6）第六類故障主要是電源、地線和信號線的噪聲（干擾），問題的解決或改善主要在于工程設計時的經(jīng)驗和日常維護中的觀察分析。
要減小故障率，很重要的一點是要重視工廠工藝和安全操作規(guī)程，在日常的工作中要遵守工藝和安全操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行—些相關的規(guī)定，如保持集中控制室的環(huán)境等等，同時在生產(chǎn)中也要加強這些方面的霄理。
結(jié)束語
過程控制系統(tǒng)本身是一個完整的系統(tǒng)，所以在分析故障或處理故障時也要注意系統(tǒng)性，單獨的對某一部分的優(yōu)化有時并不能提高系統(tǒng)的整體性能。如過分追求元器件的精度而不考慮實際的需要以及和相關設備精度的匹配，將徒然增加系統(tǒng)成本。在日常維護中也有過把系統(tǒng)越改越復雜的現(xiàn)象，如采用復雜的控制方式和設備來 實現(xiàn)本可以用簡單裝置來實現(xiàn)的控制，違背了經(jīng)濟、簡單、實用的原則，并可能會增加故障率，這也是要注意的地方。
