可编程控制器系统故障的发现与诊断

【摘 要】计算机的硬、软件变化,使得计算技术的思维逻辑随之变化,在工业生产过程控制及其自动化领域中,使用的计算技术和电子技术,已发生了一次又一次的飞跃.可编程序控制器下是伴随这种变化,日渐成熟和不断开拓获得新的发展途径.在生产操作过程中,可编程控制器系统会出现一些故障,影响生产的正常进行.本文讨论了可编程控制器系统故障的发现与诊断的方法,同时探讨了排除故障的有利措施.

【关 键 词 】可编程控制器；I/O模板；处理器；自诊断

可编程控制器系统故障的宏观诊断是依赖生产操作的经验,参考发生故障的现场环境,有条件的应在彩形工作站的画面上做提示范围,从而找到故障发生的地点和原因.可编程序控制器生产商家为此提供了不少用可编程序控制器本身诊断故障的功能,不同类型和商家的可编程序控制器,方式方法不同,差异很大.

对于可编程序控制器组成的控制系统发现或诊断其故障,大致有如下的步骤：

1）是否由于使用不正确引发故障,这类故障根据使用情况,可初步判断出故障类型,发生故障的地点和原因.例如常见的使用不当引发的可能是供电电源错误,端子接线毛病,模板安装或连接、现场开发或人工干预的操作失误等.

2）偶然性故障或系统长时间运行引起的故障,这种故障可能是在系统运行某种工艺,某一特定操作命令的时刻发生的.这时分析故障应是“顺藤摸瓜”.从可编程序控制器系统在执行的工艺流程有关的I/O模板、扩展链路、执行机构和电路负载,逐次检查和排除.当确认外部不会发生严重的破坏性的动作时,可以打开可编程序控制器的I/O地址映像表,审阅I/O映像结果,也可以人为在外部仿真制造输入信号,以发现是否输入错误,断开输出执行电源.在I/O映像表监督下,人工的数字量输出,检查执行机构的前端继电器、接触器或大型供电设备是否能够收到执行命令.外部设备故障都排除之后,才去怀疑处理器或者软件性的错误.

3）在可编程序控制器本身发现故障,一般的可编程序控制器的处理器模板前端,都有运行状态指示灯,大约有RUN、STOP、BATT、FAULT、COMM等几个英文字母或者缩写字.当处理器指示灯在STOP或者FAULT,意味着整个系统失效了,可能令人束手无策；遇到这种情况,建议要断开可编程序控制系统,除去处理器之外的全部扩展,首先确认一下可编程序控制器的CPU模板是否能够正常而单独地运行,只要可编程序控制器的CPU模板没有受到破坏,可以一点一点地再断开的本地与远程I/O机箱,逐次地投入；如果在投入某个机箱时就会立即引起CPU“停机”,那时故障的大方向就找到了.

其实,CPU损坏可能性很小.在许多可编程序控制器商家的I/O模板前端,都配有发光二极管的指示灯,当I/O模板本通道能够正常工作时,或不能够按照要求,或不能按照实际情况而点亮,那时再顺端口引出线逐点去寻找故障.如果可编程序控制器系统配置有画面监视功能,许多画面的显示也是依据这个原则来提供故障参考的,例如,画面可以配成不同的颜色来表示该图形对应的设备有故障,有什么故障或故障的严重程度；有的画面可以调出故障报告列表,通过这些画面,值班人员就能及时而准确地去处理故障.

4）可编程序控制器结合软件、硬件来处理故障.建议在软件编制过程中,将每个设备、阀门、闸板、大型和关键部位状态的检查信号,做成周期信息刷新形式,并且在刷新其信息基础上形成本处运行正常的中间信号,这些中间信号可编程序控制器做进一步的逻辑判断与控制使用.在控制室操作台上配置故障报警信号的声、光输出,和“故障确认”信号输入等三个小装置,当可编程序控制器软件检测全部中间信号,发现故障,就向声、光报警设备发出信号,当操作人员按下“故障确认”,就暂停声、光报警,如果没有完全而彻底消除故障,可编程序控制器重新开始运行用户软件时,就再一次发出声、光报警.这样,就可以防止任何错误的操作.

5）当任何故障都找不到,但是可编程序控制器系统又无法运行,此时会怀疑到设计或者设计的某一部分的错误,这要认真研究与考虑软件和硬件的修改与重新调试.

6）可编程序控制器的自诊断功能的应用

一个可编程序控制器控制系统虽然运行发生故障,但只要处理器CPU能够运行,就可以借助其自诊断功能来判断故障.其实,可编程序控制器的自诊断功能有许多支持诊断与调试,与软件编程配合使用的工具.由于可编程序控制器各种型号自诊断有关功能不太一致,因此,仅能文字描述与自诊断有关的或可能的功能.

（1）系统状态字和控制字

一般的可编程序控制器在使用编程软件或在用户软件中可以读取和在屏幕上显示出可编程序控制器系统的状态字或控制字.状态字用于显示系统的各个部分的工作状态,一般地一个字对应一个设备,在状态字中可能存放的内容,包括算术运算的标志,它们是进位、溢出、零和符号,这些状态字是在CPU执行某些能够产生算术符号的指令后产生的,从此状态字可能看出硬件和软件安排是否合理；状态字的另一个用处是I/O地址、扩展机架对列是否在使用或发生故障,这组状态字可能分析出在哪个地址号、哪个机架、哪个槽位、甚至哪一个I/O有故障.要学会使用这几个字需要与可编程序控制硬件、I/O配置一一对应地查阅.伴随着可编程序控制处理器性能提高,可编程序控制能提供的状态字越多,可编程序控制自诊断能力越强.可编程序控制的控制字一般是与操作的具体执行有关的,一般地也是一个字对应某种操作.例如,中断、PID调节,常常提供一些控制字作为运行和故障的判断.

（2）利用可编程序控制器的中断或堆栈

这是可编程序控制运行中的两个数据存储区,它们要在系统自诊断软件作用下,自动形成和调用显示.经验丰富的软件编制者,可以利用堆栈中某些数据,编写软件处理故障程序,例如打印与记录故障.

（3）利用可编程序控制器的编程器诊断故障

可编程序控制器的编程器与编程软件提供了一部分调试与诊断功能,它们有各种程序比较,程序自身校验、内存比较、系统参数修改、运行状态测试、输入状态测试和显示、输出状态的强制与仿真等,使用这些功能,可以在用户软件测试调试和试运行时发现错误和某些故障.