自动控制中一种故障检测与报警的方法

胡明国（天津炬联众慧科技有限公司，天津　301700）

自动控制中一种故障检测与报警的方法

胡明国
（天津炬联众慧科技有限公司，天津301700）

本文以西门子S7-200PLC为例介绍了一种故障检测、报警程序的实现方案，可以迁移到其它类型的PLC上，给生产过程提设备保护和支持。

故障检测；报警；PLC

1　需求分析

生产过程会遇到各种故障，这时要及时采取措施并通知操作员，保护人员和设备安全。故障检测与报警通常要实现下列功能：

（1）检测各种故障；（2）检测到故障后，声光报警，并给出故障指示；（3）报警后，操作员可消音、确认故障。消音有时效，消音时间过后，如果故障未消除，重新启动报警器；如果故障全部消除，不启动报警器；（4）消音期间有新故障产生，即使消音时间未到，也要启动报警器；（5）按复位按钮，清除所有报警标志位。

2　解决方案

建立故障检测和故障处理两个子程序，用上位机界面或触摸屏显示故障信息。

2.1故障检测子程序

主程序每个周期调用故障检测子程序，检测故障并处理故障的报警标志位，不同的故障对应不同的报警标志位。

由故障数量确定报警标志位集中存放到一个或几个字中。比如开辟MD22为故障存储区，1个双字共32位，可存放32个故障；开辟VD22为故障暂存区。故障存储区与故障暂存区的大小要相同。

输入的故障信号要做滤波，有硬件、软件滤波两种方法。

（1）硬件滤波。软件STEP 7MicroWIN SP6左侧点击“系统块”，在“系统块”对话框的左侧，点击“输入滤波器”在“数字量”和“模拟量”选项卡，可以设置数字量和模拟量的输入滤波延时。

图1

（2）软件滤波。使用定时器实现软件滤波功能。设定定时器的预设时间，比如20ms。当输入信号接通时，定时器开始计时。到达预设时间后，如果该输入信号仍为接通，置位标志位（注意何时复位）。如果输入信号不能持续20ms，那么认为该信号无效。这样可去除信号中瞬时脉冲干扰信号。

2.2故障指示

触摸屏或上位机界面显示故障信息：可用不同颜色显示故障状态，比如故障进入、故障消失、故障被确认；哪个操作员确认等。

图2

2.3故障处理子程序

主程序每周期调用故障处理子程序，对报警、消音、复位进行处理。

如果MD22不等于0，且消音标志位不为1，表示有故障发生且未消音：报警器输出，提示操作员有故障发生。

按下消音按钮，置位消音标志位。利用消音标志位的上升沿将MD22存放到VD22。

每个扫描周期比较MD22和VD22，如果不相等，表示有新的故障产生：复位消音标志位。使用故障暂存区很巧妙，避免了用所有报警标志位的上升沿复位消音标志位；在程序扩展（加入新的故障）也不易遗漏出错。

按下复位按钮，MD22和VD22清零。使用复位按钮前，须先将各个故障采取相应的措施消除掉。故障消失时，程序不宜自动将其报警标志位复位，最好由操作员确认。

消音时启动定时器，消音时间到后复位消音标志位。分配1个内存字保存消音时间，通过触摸屏或人机界面可以更改其值。

当MD22=0，复位消音标志位。

2.4故障分类

故障分为一般故障、严重故障和停机故障。

一般故障只报警不停机；比如温度超过限定值。

严重故障需要报警、部分设备停止。比如小车的行走电机碰到正转极限限位时，必须立即停止正转。注意，这时它反转还是允许的。注意系统兼顾灵活性和实用功能。

停机故障将导致系统整体停机。比如按下急停按钮、重要设备过热跳闸、蒸汽压力极高。

2.5系统改进

可以在一些细节上做些细微改进，使系统更友好，体现作为软件提供方的服务意识。

（1）在故障指示画面中给出故障代码，可依此代码从系统帮助或说明书中查看故障详细信息、排除方法等。

（2）加试报警灯、试报警铃按钮，定期检查报警灯、铃是否工作正常。

灵活使用试报警灯、铃按钮：手动启动机器前，可先按试灯、铃按钮，警告人员离开机器活动范围。

（3）对历史故障信息进行记录。通过历史故障可以查出过去什么时间发生过哪些故障，相当于故障分析的黑匣子，依次制定、采取相应措施。历史故障信息可以记录到人机界面软件，也可以直接写到PLC的数据保持存储器里，以保护信息长期不丢失。

3　需要注意的事项

（1）无论手动还是自动，故障检测与报警均应起效。

（2）检测到故障后，如果系统运行，启动报警器；如果系统停车，不应启动报警器，只给出故障指示。可以用一个运行标志位来区分运行还是停车。

（3）要考虑故障信号何时有效。比如温度被加热到某值需要一定时间，在系统未启动或启动不久时，温度就可能不在设定的范围内，但此时属于正常的升温过程，不属温度超限或超报警值故障，不需报警和停车，只在故障指示中给出显示即可。

针对这种情况，可参考下面两种解决方案：1）报警参数采用绝对数值：在升温、降温过程中，不断调整上下限和高低报警值。这增加了操作员的工作量；2）报警参数采用相对数值：设定值由程序按温度曲线和时间自动浮动设定，在设定值的基础上确定上下限和高低报警值。这需要一条合理的温度曲线。

（4）严重故障发生后，即使是停机故障也不一定要复位全部输出。比如使用气动电磁阀控制夹头，发生严重故障时，不能复位夹坯电磁阀输出，否则，夹头里的产品将掉落。但若功能和安全发生冲突，首先保证人员安全。

4　结论

故障检测与报警在工业应用中必不可少，本文介绍了一种灵活、简便的实现思路，并且可以迁移应用到其它类型的PLC中。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.182