PLC在机电设备故障诊断中的应用研究.docxVIP

一、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、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入模块完成的。　　PLC控制机电设备时，设备中的压力、温度、液位、行程开关及操作按钮等开关量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。输入“位”的工作原理，如图1示。图中， IN代表开关量输入，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输入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正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果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入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。图1　PLC输入位电路原理图　　这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的梯形图编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护机电设备的目的。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的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入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允许的极限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离极限值，则表明机电设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断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。3、基于中断方式的故障诊断PLC的中断方式有：　　（1）输入中断。开关量模块的输入位由OFF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内装的高速计数器的当前值执行的中断。　　其中，输入中断特别适合于机电设备的故障诊断。它对应于工业计算机的硬中断，属于外部中断，但PLC的输入中断可用PLC的外部指令来屏蔽。　　将机电设备的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中去，即可方便地对故障进行处理。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：采用输入中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输入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的输入中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。二、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[1]，基于计算机智能化的故障诊断系统，如图2所示。图2　故障诊断系统中的信息流向和功能模块　　系统的输入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、预报和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。　　实现信息源从输入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的开关量输入模块可用作为开关量故障信号的输入装置，模拟量输入模块可用作为模拟量故障信号的输入装置。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对机电设备故障的诊断结果。三、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，提高诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。　　由