关于PLC在机电设备故障诊断中的应用

胡滨?屠振蕊

摘 要：随着PLC技术水平不断提高，自动化的集成度也在不断提高。利用PLC和计算机构成的诊断系统，实现了故障系统的智能化，充分利用PLC硬件资源和外围线路的链接，对设备进行故障诊断，快捷方便。

关键词：PLC；机电设备；故障诊断

1 PLC诊断机电设备故障的基本原理

机电设备的故障信号有开关量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。

1.1 基于开关量信号的故障诊断

PLC对开关量信号的识别是通过其开关量输进模块完成的。PLC控制机电设备时，设备中的压力、温度、液位、行程开关及操纵按钮等开关量传感器与PLC的输进端子相连，每个输进端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。输进“位”的工作原理，如图1示。图中，IN代表开关量输进，COM为信号公共端。IN为ON时，光敏三级管饱和导通，否则截止。故PLC的内部电路可以“感知”开关信号的有无。读取PLC输进位的状态值可作为识别开关量故障信号的根据。诊断开关量故障的过程，实质就是将PLC正常的输进位状态值与相应的输进位的实际状态值相比较的过程。假如二者比较的结果是一致的，则表明机电设备处于正常工况，不一致则表明对应输进位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于开关量信号故障的基本原理。这种诊断方法，故障定位正确，可进行实时在线诊断。通过PLC的梯形图编程，还可将故障诊断融进过程控制，达到保护机电设备的目的。

1.2 基于模拟量信号的故障诊断

PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输进输出模块来完成的。模拟量输进输出模块采用A/D转换原理，输进端接收来自传感器或信号发生器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。

PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统答应的极限值相比较的过程。假如比较的结果是实际值阔别极限值，则表明机电设备对应的受监控部位处于正常状态，假如实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判定故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可精确设置该极限值。

当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的结果，并据此实现对机电设备的控制。

1.3 基于中断方式的故障诊断

PLC的中断方式有：

（1）输进中断。开关量模块的输进位FF变为ON时，由PLC的CPU执行的中断。

（2）间隔定时器中断。由一定精度的间隔定时器启动执行的中断。

（3）高速计数器中断。根据PLC内装的高速计数器确当前值执行的中断。

其中，输进中断特别适合于机电设备的故障诊断。它对应于产业计算机的硬中断，属于外部中断，但PLC的输进中断可用PLC的外部指令来屏蔽。

将机电设备的故障信号作为PLC的输进中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中往，即可方便地對故障进行处理。它与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之处在于：采用输进中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输进和内部逻辑处理故障时，PLC的主程序仍处于运行状态。因此，要根据故障对机电设备的影响程度选择合适的故障诊断方式。PLC的输进中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。

2 PLC在故障诊断系统中的作用

故障诊断系统是典型的人机系统，根据系统中的信息流向和功能划分的结果，基于计算机智能化的故障诊断系统。系统的输进模块要完成机电设备故障检测信号、控制指令和专家知识的接收工作。处理模块要求能自动实现特征参数提取、控制指令代码转换的功能。专家知识的整理和表达由领域专家和系统专家协作完成。控制模块是故障诊断系统的核心，它根据控制指令，利用专家知识，完成从故障特征到故障原因的识别工作。控制模块的功能越完善，故障诊断系统的智能化程度越高。输出模块通过声光报警装置和人机界面，给出故障定位、预告和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。

实现信息源从输进模块到输出模块的全自动流向，减少人在其中的干预作用，是机电设备对其故障诊断系统的要求。采用PLC的故障诊断系统，有助于实现故障诊断过程的自动化。

PLC的开关量输进模块可用作为开关量故障信号的输进装置，模拟量输进模块可用作为模拟量故障信号的输进装置。这两种模块均能方便地实现对设备的在线监测。

PLC的内部逻辑可完成控制模块中的逻辑推理功能。

PLC的输出模块可直接驱动故障诊断系统的输出模块。其中，输出端子可用来控制声光报警装置和受控机电设备的运行过程，显示屏可作为人机界面使用。

PLC的通讯口即可用来接受控制指令，又可输出PLC。

3 利用PLC和计算机实现智能化诊断的方式

实现机电设备故障诊断的智能化，可充分利用专家知识，进步诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。

由于目前的PLC产品不具备自动获取和存储专家知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用PLC的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将PLC和计算机联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。

PLC采用并行分布式结构，作下位机使用，计算机作为上位机，可完成PLC的程序下装，实施对多台PLC的治理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储专家知识，其输进输出设备可用作诊断过程的人机交互。PLC与计算机通过两种方式联接成一个整体：一是通过PLC的通讯口和计算机的通讯口进行联接，二是通过PLC的输进输出端子与计算机上的开关量板和A/D板进行联接。其中，PLC通过通讯口传递给上位机的故障信号多达两个或两个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过PLC输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输进端子的地址来识别。PLC输进端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。上述两种联接方式把故障诊断系统的输进模块。

网络中的PLC和计算机在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判定、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给PLC完成，以充分发挥PLC的技术上风，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。PLC检测到的故障信号可通过通讯口或输出端子传给上位机，然后调用上位机存储的专家知识对其进行分析、判定、决策，并作出公道的解释。上位机作出决策之后，又可通过通讯口或开关量板的输出端口传递控制信号，并将控制权交给PLC。充分利用通讯口的功能，有利于减小PLC的规模。

4 结束语

综上所述，PLC可为机电设备的故障诊断提供强有力的技术支持。在进行故障诊断系统的设计时，根据诊断系统的功能要求，选用适当的PLC，可丰富和完善诊断系统的功能。随着PLC新产品的研制成功，它在故障诊断领域将有更广阔的应用远景。

参考文献

[1] 赵焕章. 试析PLC在机电设备故障诊断中的应用[J]. 科技创新导报. 2012（34）

[2] 朱浩波. PLC在机电设备故障诊断中的应用[J]. 哈尔滨理工大学学报. 2011（04）