1 引 言 

隨著技術的發展，可編程控制器(plc)的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，作為一種成熟穩定可靠的控制器，目前plc已經在工業控制中得到了越來越廣泛的應用。在工業生產過程控制中，它具有可靠性高、抗干擾能力強，在惡劣的生產環境里，仍然可以十分正常地工作等優點。作為plc本身，它的故障發生率非常低，但對以plc為核心的plc控制系統而言，組成系統的其他外部元器件(如傳感器、斷路器和執行器等)和軟件本身則很可能發生故障，從而使整個系統發生故障，有時還會燒壞plc，使整個系統癱瘓，造成極大的經濟損失。所以，一個完善的plc系統除了能夠正常運行，滿足工業控制的要求，還必須能在系統出現故障時兼顧及時的故障診斷和故障處理建議。 本文將針對日照港氧化鋁接卸專用vigan卸船機plc控制系統的故障診斷設計進行分析。

2 plc的故障診斷功能 

故障自診斷功能是工業控制系統的智能化的一個重要標志，對于工業控制具有較高的意義和實用價值。 plc控制系統故障診斷技術的基本原理是利用plc的邏輯或運算功能，把連續獲得的被控過程的各種狀態不斷地與所存儲的理想(或正確)狀態進行比較，發現它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內(包括時間范圍和數值范圍)。若差異超出了該范圍，則按事先設定的方式對該差異進行譯碼，最后以簡單的、或較完善的方式給出故障信息報警。故障診斷的功能包括 故障的檢測和判斷及故障的信息輸出。在plc控制系統中，發生故障的情況是多種多樣的。

3 卸船機控制系統概述 

日照港氧化鋁接卸專用卸船機是世界最先進的niv400al型氣力式連續卸船機，配備了 ６條作業線的自動定量灌包系統。每臺卸船機額定生產能力為300噸/小時，最大能力為315噸/小時，12條作業線可晝夜卸船灌包氧化鋁12000噸至15000噸，比傳統的氧化鋁卸船灌包作業效率提高了40%以上，具有卸船灌包操作穩、給料快、計量準、能耗低、無污染等特點。 卸船機控制系統選用西門子s7-300系列cpu314-2dp作為主工作站，共有輸入144點，輸出64點，控制著卸船機的運行、各狀態信號的采集和設備的故障診斷。其硬件組態如圖1所示。

圖1 卸船機控制系統硬件組態

4 卸船機控制系統的故障診斷 

4.1 硬件組成 

卸船機的故障診斷系統建立在基于plc和故障顯示單片機組成的控制系統上。plc在故障診斷系統中的功能主要是完成卸船機控制系統設備故障信號檢測、預處理，轉化存儲并傳輸給故障顯示單片機。故障顯示單片機由于具有較強的科學計算功能，通過編碼解碼完成從故障特征到故障原因的識別工作，并顯示于lcd屏，給出故障定位報告，并為操作員給出相應的排除故障的建議。 

4.2 程序設計 

根據plc在故障診斷系統中的功能，筆者將從故障層次結構、故障信號檢測、預處理，轉化存儲和傳輸四個方面對程序進行分析。 

(1) 故障層次結構圖 

在進行故障診斷設計時，必須對整個系統可能會發生的故障進行分析，得到系統的故障層次結構。根據卸船機運行中受控設備的組成，可以畫出卸船機控制系統的故障層次結構圖。為了描述簡單，這里作了一定的簡化。

圖2 卸船機故障層次結構圖

系統故障結構的層次性為故障診斷的設計提供了一個合理的層次模型。為了全面的顯示系統故障，必須把系統所有可能引起故障的檢測點引入plc，以便系統能及時進行故障處理；并且在系統允許的條件下盡可能多的將最底層的故障輸入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障檢測信息為系統的故障自診斷提供服務。 

(2) 故障點的信號檢測和預處理 

基于plc的卸船機故障診斷系統，為了得到設備故障情況實現系統的故障自診斷，plc程序將所有故障檢測點的狀態反映給內部寄存器，圖3是節選的用來記錄故障點的部分程序。 在程序段55中，i24.1是主風機斷路器的閉合信號，當主風機正常運轉時，i24.1的值是1，如果i24.1的值變為0，則程序中其常閉點閉合，說明主風機斷路器故障，此時plc輔助寄存器位m2.1將記錄此次信號的跳變。在程序段58中，i21.7是主風機變頻器過熱的信號，當變頻器正常時，i21.7的值是0，如果i21.7的值變為1，則程序中其常開點閉合，說明變頻器過熱故障，此時位m2.6將記錄此次信號的跳變。

圖3 卸船機故障點記錄程序

對于模擬量信號例如主風機電流的故障診斷，首先利用模擬量模塊，接收來自電流變送器的模擬信號，將其轉換為數字信號，然后與整定值或系統允許的極限值比較,若在允許范圍之內則表明對應的設備處于正常運行狀態，如果實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態。判斷故障發生與否的極限值根據實際系統相應的參數變化范圍確定。 

(3) 故障點的轉化存儲 

在程序設計中，將可能發生的故障點全都記錄在輔助寄存器m中，并且將故障根據發生類型進行分類存儲，如圖4所示。

圖4 卸船機故障點轉化存儲程序

單個故障點信息分別存儲于plc內部寄存器字節m50和m51中，并通過邏輯或輸出于q53.0。 

(4) 故障信息的傳輸及顯示 

卸船機故障顯示單片機通過雙絞線與plc的輸出模塊建立連接及時讀取plc的內部寄存器區的各種故障信息。如圖五所示，故障顯示單片機通過讀取plc輸出點q53.0-q53.7的值來獲取當前設備的工作狀態，并把工作狀態顯示在lcd屏上。如果設備發生故障，單片機還將把故障代號，詳細信息和處理建議集中顯示。

5 結束語 

基于plc技術的故障診斷系統在卸船機控制系統中得到了應用。從實際運行來看，故障診斷系統能準確而迅速地判斷出故障的原因，方便運行人員維護和檢修，大大地提高了設備維修耗時，是順利生產的有力保障。