煙草在線專稿　　摘要：針對(duì)制絲線PLC的停機(jī)故障，通過深入分析AB品牌的PLC停機(jī)原因，從硬件及軟件方面提出解決措施，從而提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：PLC、停機(jī)、故障、措施

　　1、前言

　　隨著科技的進(jìn)步和各個(gè)卷煙企業(yè)自主創(chuàng)新的增強(qiáng)，各個(gè)卷煙廠特別是制絲線都采用了PLC控制技術(shù)，多采用西門子公司的控制器，AB公司的控制器主要用于電子皮帶秤，機(jī)電人員接觸較少。然而由于大容量的斷路器的投入閉合，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，信號(hào)線、通訊電纜的屏蔽和布線不良，接地點(diǎn)電位偏移等原因，PLC可能發(fā)生各種各樣的停機(jī)故障，導(dǎo)致不能正常工作，影響生產(chǎn)的連續(xù)性及產(chǎn)品質(zhì)量。

　　2、故障分析

　　PLC的故障診斷技術(shù)是指根據(jù)PLC當(dāng)前的工作狀態(tài)、各運(yùn)算寄存器的相應(yīng)標(biāo)志位、控制程序、通信過程、電源及各部件的監(jiān)測(cè)并結(jié)合系統(tǒng)自檢判斷出故障與否，在故障時(shí)給出故障診斷，同時(shí)迫使PLC進(jìn)人故障處理程序的方法和過程。對(duì)于電氣技術(shù)人員而言，只需監(jiān)測(cè)PLC系統(tǒng)提供的系統(tǒng)工作狀態(tài)字和故障碼就可以診斷出PLC的相關(guān)故障信息，然后根據(jù)故障信息，按照特定處理方法對(duì)故障進(jìn)行處理，從而恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。PLC系統(tǒng)都有面板LED指示，電氣技術(shù)人員可以根據(jù)LED的滅或亮，閃爍或顏色從外部大致判斷PLC的運(yùn)行狀態(tài)。

　　針對(duì)不同性質(zhì)的故障，故障診斷技術(shù)提供了不同的處理過程和處理方法。如參數(shù)溢出、通信中斷等故障可由軟件直接清除，然后在下次掃描中自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行幾乎不造成影響：然而像控制程序被干擾甚至被沖掉的故障，則必須借助其他器件才能恢復(fù)運(yùn)行。對(duì)于由于器件損壞而產(chǎn)生的故障，則系統(tǒng)只有在等到器件更換后才能恢復(fù)正常。故障診斷技術(shù)還同時(shí)規(guī)定了只有在排除故障原因之后，才能清除故障碼和特定狀態(tài)寄存器，然后由系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行或系統(tǒng)重新上電恢復(fù)運(yùn)行：而且故障處理程序必須為特定的子程序，有著其獨(dú)特的執(zhí)行順序。下面將以AB公司COMPACTLogix系列PLC為例對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行分析。

　　PLC故障分類雖然不同廠家的PLC系統(tǒng)對(duì)故障有不同的分類方法，但是他們都會(huì)從PLC工作過程、故障的可恢復(fù)性、產(chǎn)生故障的部件、PLC的系列等方面去考慮故障的分類。

　　按照PLC工作過程對(duì)故障分類，包括：上電故障，故障碼為（0001H一0009H）；轉(zhuǎn)入運(yùn)行故障，故障碼為（0010H一0019H）；運(yùn)行故障，故障碼為（001FH一002FH）；電氣技術(shù)人員指令故障，故障碼為（0030H一0038H）等四種故障。當(dāng)然對(duì)于具體類型或系列的PLC而言上述故障碼還有一些差別，而且有些故障碼作了系統(tǒng)的保留碼，所以必須針對(duì)具體的操作手冊(cè)來分析。由于I/0故障可能發(fā)生在上述任何一個(gè)過程，所以I/0故障被單獨(dú)列出，其故障碼為（XX50H—XX94H）。

　　按照故障的可恢復(fù)性來分類，包括：非電氣技術(shù)人員故障（Non—User）、永久故障（Non—Recover）、可恢復(fù)故障（Recover）。非電氣技術(shù)人員故障是由于多種原因?qū)е陆K止執(zhí)行電氣技術(shù)人員程序而造成的。在這種情況下PLC系統(tǒng)不會(huì)執(zhí)行錯(cuò)誤處理子程序。同時(shí)可能意味著電氣技術(shù)人員程序可能遭到破壞；永久故障一般為不可恢復(fù)故障，此時(shí)PLC系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤處理子程序，但系統(tǒng)無法清除故障（故障源，故障碼均不能被清除）。可恢復(fù)故障發(fā)生時(shí)，PLC系統(tǒng)將執(zhí)行錯(cuò)誤處理子程序，電氣技術(shù)人員可在錯(cuò)誤處理子程序中清除故障源和故障碼，從而恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。

　　上電故障在我們應(yīng)用的系統(tǒng)中約占總故障的40%一60%，其大多由于大地噪聲干擾、閃電干擾、接地、對(duì)感性負(fù)載缺乏浪涌抑制器（吸收器）等原因造成的；同時(shí)電源模塊供電不足、底板驅(qū)動(dòng)能力不兼容（不足）、電池電壓過低也會(huì)產(chǎn)生上電故障。這些干擾通常體現(xiàn)在控制程序丟失，嚴(yán)重時(shí)可損壞PLC電源模塊、I/O模塊等。

　　通常PLC安裝在控制柜內(nèi)部，因此空間輻射干擾對(duì)PLC系統(tǒng)影響很小，干擾一般通過電源線、接地線和信號(hào)線對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。通過對(duì)PLC電源損壞的模塊檢測(cè)發(fā)現(xiàn)一般為高壓側(cè)電路損壞。如：高壓濾波電容擊穿，TVs（瞬態(tài)電壓抑制器擊穿），高壓泄放保護(hù)電路（雙向可控硅）擊穿，嚴(yán)重時(shí)底板總線驅(qū)動(dòng)電路被損壞，板內(nèi)電源（+5V，+24V）地線與屏蔽線之間的保護(hù)電路被擊穿。通過對(duì)大多數(shù)PLC系統(tǒng)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，PLC的接地一般與其他大電源系統(tǒng)聯(lián)在一起以節(jié)約各種成本，或者接地電阻不能滿足要求。接地系統(tǒng)對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作；發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。各供電回路隔離不良也是導(dǎo)致產(chǎn)生PLC上電故障的重要原因。由于開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交流直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到PLC電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其結(jié)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性能并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。轉(zhuǎn)入運(yùn)行故障主要為可恢復(fù)故障。該故障發(fā)生的原因主要有：電氣技術(shù)人員在沒有清除故障標(biāo)志的情況下就讓PLC轉(zhuǎn)入運(yùn)行，或者電氣技術(shù)人員讓PLC首先執(zhí)行故障處理程序，但故障處理沒有對(duì)當(dāng)前發(fā)生的故障做出處理等。如果電氣技術(shù)人員配置的存儲(chǔ)器模塊與當(dāng)前的PLC的配置不兼容或相互矛盾則也會(huì)發(fā)生該種故障。當(dāng)然如果接地不符合要求，電源功率太小等原因也可能發(fā)生諸如內(nèi)部文件系統(tǒng)、配置文件等非電氣技術(shù)人員故障。運(yùn)行故障、指令故障主要為可恢復(fù)故障，約占總故障的25%。主要由以下原因產(chǎn)生：通信指令、定時(shí)指令等指令產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求堆棧溢出；計(jì)時(shí)器目標(biāo)值為負(fù)、計(jì)時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)與該版本的PLC不兼容等；高速計(jì)數(shù)指令、PID指令、立即輸入輸出指令、堆棧指令、RET指令、字符串指令等由于參數(shù)配置，或運(yùn)行狀態(tài)不符合指令要求；間接尋址超出相應(yīng)數(shù)據(jù)文件的長(zhǎng)度，指令行嵌套過多，硬件狗超時(shí)等。I/0故障大多數(shù)為可恢復(fù)故障。由于干擾或擾動(dòng)導(dǎo)致主程序“卡殼”，I/0模塊的配置文件丟失或被移動(dòng)導(dǎo)致I/O工作失常，模塊插在沒有配置的插槽中或模塊產(chǎn)生自復(fù)位信號(hào)等，硬件中斷故障，G文件，Ml，M2文件配置于模塊不匹配，CPU不能讀取模塊的故障碼等原因可能產(chǎn)生該類故障。

　　3、解決措施

　　PLC故障處理方法如果發(fā)生了特定的故障（非電氣技術(shù)人員故障除外）則中斷主程序，運(yùn)行控制程序的故障處理子程序。通常PLC不會(huì)運(yùn)行電氣技術(shù)人員程序的故障處理程序，只有當(dāng)永久故障或可恢復(fù)性故障發(fā)生時(shí)才會(huì)停止主程序跳到電氣技術(shù)人員程序的故障處理程序。下圖描述了可能發(fā)生這種中斷的幾個(gè)階段：

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　　如果PLC發(fā)生了永久故障，則PLC將在“執(zhí)行程序”階段終止電氣技術(shù)人員程序的主程序，轉(zhuǎn)入執(zhí)行電氣技術(shù)人員程序的故障處理子程序且只會(huì)執(zhí)行一次，然后PLC維持故障，直到故障清除。如果PLC捕捉到可恢復(fù)故障，則PLC暫停執(zhí)行電氣技術(shù)人員程序的主程序，轉(zhuǎn)入執(zhí)行電氣技術(shù)人員程序的故障處理子程序，然后繼續(xù)運(yùn)行電氣技術(shù)人員程序的主程序；若在最后一條指令（end）執(zhí)行前故障沒有被清除則PLC維持故障。當(dāng)PLC維持故障時(shí)，PLC不會(huì)執(zhí)行電氣技術(shù)人員程序。對(duì)于非電氣技術(shù)人員故障，PLC不執(zhí)行故障處理子程序。所以對(duì)于永久故障我們可以在故障處理子程序啟動(dòng)MSG指令，用來通知網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)，或啟動(dòng)備用系統(tǒng)。對(duì)于可恢復(fù)故障，可以在故障處理予程序排除故障原因，清除故障標(biāo)志從而恢復(fù)運(yùn)行。而對(duì)于非電氣技術(shù)人員故障，我們可以利用PLC的自動(dòng)重裝載技術(shù)恢復(fù)系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)發(fā)生故障的原因有針對(duì)性的進(jìn)行處理。

　　3.1上電故障的處理辦法

　　上電故障主要為非電氣技術(shù)人員故障，通常采取增添隔離變壓器，采取二級(jí)過壓保護(hù)，使用單獨(dú)UPS供電或更換器件等；同時(shí)利用自動(dòng)重裝載功能，在系統(tǒng)軟件無法恢復(fù)的情況下EEPROM自動(dòng)重新裝載控制程序及數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。例如，某CPU1747一L541的程序被沖掉，甚至P2電源損壞。通過PLC的診斷系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)故障碼為0002H，故障類型為上電故障。故障描述為硬件狗異常超時(shí)。故障產(chǎn)生的可能原因?yàn)榇蟮馗蓴_、閃電、接地不良、缺少浪涌抑制器等。同時(shí)參考針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)故發(fā)生的情況和事后的故障分析。我們采用了如下的方案：增加隔離變壓器+RC過壓保護(hù)（或TVS），如圖：

　　其中隔離變壓器采用380V供電，其輸出為200V或220V，考慮P2電源不大于50VA，隔離層接入大地，則電容C1約l毫法，電阻R1約20～100歐姆。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)對(duì)于改善供電電壓過高，隔離效果差，電源零線浮動(dòng)較大等有比較大的效果，而且容易實(shí)現(xiàn)和安裝。當(dāng)然采取具有穩(wěn)壓，隔離等提高供電質(zhì)量措施的UPS對(duì)PLC單獨(dú)供電也能起到同樣的作用。同時(shí)為了在萬一發(fā)生電氣技術(shù)人員程序被沖掉的情況后能及時(shí)的恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，我們把電氣技術(shù)人員程序存放在EEPROM內(nèi)，S1/10置位；則當(dāng)PLC監(jiān)測(cè)到電氣技術(shù)人員程序錯(cuò)誤時(shí)就進(jìn)行重裝載。當(dāng)然PLC的自動(dòng)重裝載技術(shù)還有很強(qiáng)大的恢復(fù)功能，如：S：I/1l置位則在PLC每次重新上電時(shí)自動(dòng)重裝載：S：1/12置位則在PLC每次上電時(shí)自動(dòng)重新裝載。同時(shí)將轉(zhuǎn)入到運(yùn)行狀態(tài)等。

　　3.2可恢復(fù)性故障的處理辦法　

　　可恢復(fù)故障發(fā)生時(shí)，PLC將中斷主程序，轉(zhuǎn)到電氣技術(shù)人員程序的錯(cuò)誤處理子程序。如果在錯(cuò)誤處理子程序中清除了故障源和故障標(biāo)志，則PLC將繼續(xù)執(zhí)行主程序；如果電氣技術(shù)人員沒有能夠清除相應(yīng)故障，則PLC將停止運(yùn)行主程序，顯示故障狀態(tài)。由此，電氣技術(shù)人員必須在錯(cuò)誤處理子程序中根據(jù)相應(yīng)的故障碼，進(jìn)行相應(yīng)的處理。在程序使用計(jì)數(shù)器、模擬量的計(jì)算、定時(shí)器、表達(dá)式等操作時(shí)，就要特別注意對(duì)溢出錯(cuò)誤的處理。

　　3.3其他故障的處理方法　　

　　當(dāng)永久