6ES7231-7PD22-0XA8质量**

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PLC控制系统的一般结构和故障类型 
 
PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成，如图1所示。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。

因为PLC本身的故障可能性较小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：

（1）输入故障，即操作人员的操作失误；

■传感器故障；

■执行器故障；

■PLC软件故障

这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。

 

PLC控制系统的故障诊断方法

PLC控制系统故障的宏观诊断

故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：

■是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。

■如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：然后检查PLC的I/O模板是否有故障：最后检查PLC的CPU是否有故障。

■在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。

■采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计。



PLC控制系统的故障自诊断

故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面，是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。不同控制系统自诊断的内容不同。PLC有很强的自诊断能力，当PLC出现自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。

总体诊断

根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图2所示。



电源故障诊断

电源灯不亮,需对供电系统进行诊断.如果电源灯不亮,首先检查是否有电,如果有电,则下一步就检查电源电压是否合适,不合适就调整电压,若电源电压合适,则下一步就是检查熔丝是否烧坏,如果烧坏就更换熔丝检查电源,如果没有烧坏,下一步就是检查接线是否有误,若接线无误,则应更换电源部件.

运行故障诊断

电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。检查流程如图3所示.


图3 运行故障诊断流程图

输入输出故障诊断

输人输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。

出现输入故障时，首先检查LED电源指示器是否响应现场元件（如按钮、行程开关等）。如果输入器件被激励（即现场元件已动作），而指示器不亮，则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确，则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗，而且根据编程器件监视器、处理器未识别输入，则输入模块可能存在故障。如果替换的模块并未解决问题且连接正确，则可能是I／O机架或通信电缆出了问题。

出现输出故障时，首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电，模块指示器变亮，输出设备不响应。那么，首先应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好，替换的模块未能解决问题，则应检查现场接线。若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通，但指示器关闭，则应替换模块。

在诊断输入／输出故障时，较佳方法是区分究竟是模块自身的问题，还是现场连接上的问题。如果有电源指示器和逻辑指示器，模块故障易于发现。通常，先是更换模块，或测量输入或输出端子板两端电压测量值正确，模块不响应，则应更换模块。若更换后仍无效，则可能是现场连接出问题了。输出设备截止，输出端间电压达到某一预定值，就表明现场连线有误。若输出器受激励，且LED指示器不亮，则应替换模块。如果不能从I／O模块中查出问题，则应检查模块接插件是否接触不良或未对准。最后，检查接插件端子有无断线，模块端子上有无虚焊点。

指示诊断

LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和I／O模块的信息。大部分输入／输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器，输出模块则常设一个逻辑指示器。

对于输入模块，电源LED显示表明输入设备处于受激励状态，模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别 。如果逻辑和电源指示器不能同时显示，则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出模块的逻辑指示器显示时，表明模块的逻辑电路已识别出从处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外，一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器，或二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态；输出电源指示器显示时，表明电源已加在负载上。像输入模块的电源指示器和逻辑指示器一样，如果不能同时显示，表明输出模块就有故障了PLC工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回**条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。可编程序控制器PLC各组成部件的作用 

 1. CPU——是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经**。其功能：

（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；

（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；

（4）在PC进入运行状态后：

a）    执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）

b）    进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务

c）    更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）

 2. 存储器

      系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令

                        解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数

                        *不能由用户直接存取

      用户存储器   用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。

                   功能存储器（数据区）——存放用户数据

PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。

 3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）

——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：

输入/输出电平转换

电气隔离

串/并行转换

数据传送

A/D、D/A转换

误码校验

其他功能模块

I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。

 4. 编程器等外部设备

   编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具

    作用：  用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视

            通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数

            通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话

    分类：  简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程

            智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程

      注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。

  其他外设： 磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。

 5. 电源： 内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。

          外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失

 现场设备**参数如下：

    高压变频器参数

    电机**参数

    四、改造效果

    1．节能效果相当明显，经济效益显著

    小野田水泥厂EP风机变频改造后，取得了显著的节能效果，改造前风机风门的开度经常在40%左右，电机全速运行，改造后，风机变速运行，因现场工况变化不是很大，变频调速系统经常运行在31赫兹左右，与调节档板时的消耗功率大大减小，节电效果与经济效益显著。变频改造前后，电机的运行数据如下表所示

    上述表格中，改造前电机平均功率计算方法为：

    32×1.732×6×0.8=266kW

    改造后电机平均功率计算方法为：

    7.5×1.732×6×0.95=74kW

    注：变频运行时，变频输入的功率因数为0.95；电机工频运行时，功率因数为电机功率因数0.80。

    根据以上实际数据，可以得出，改造后EP风机的节电率为：

    （266-74）/266=72.2%

    该设备每年检修一次，检修时间为30天，其余时间均运行，我们按一年运行300天，实际电费按一度电0.5元计算，则一年节省电费为：

    （266-74）×300×24×0.5=69.1万元。

    2．改善工艺。

    现将改造前及改造后现场工况列表如下：

    参考上述表格，可以看出：

    EP电除尘风机变频改造后，取得的间接效果也是十分明显的，因为变频调速系统经常运行在30赫兹左右，电机及风机旋转速度降低，电机及风机的轴温降低，噪音降低，整体维护周期大大缩短；运行人员在DCS侧通过监控界面很方便的调节电机的运行频率，高压变频器的频率分辨率精确到0.01赫兹，调节及时，调节精度高。

    改造前用户曾经担心电机降速后，自身冷却风机转速下降，电机散热效果不好，电机可能会有过热的问题，实际该问题并没有出现。因为电机降速后，虽然自身冷却效果下降，但是电机降速后输出功率大大降低（电机输出功率与转速的立方成正比），事实表明，改造后，电机的温升不但没有升高，反而有所下降。

    五、结论

    节约能源是我国的基本国策，国家制定了“节能中长期专项规划”，为落实此规划目标，国家**较近启动了**重点节能工程，作为耗能大户的水泥行业是国家宏观调控的重点，也是节能的重点行业，通过各种措施，如果能把生产每吨水泥电耗控制在100kW·h内，按我国水泥年产12亿吨计算，如达到节能指标，则每年可节约百万吨煤，节电百亿度，并且可使废放量降低，有利于保护环境，同时也降低了企业成本。大连小野田水泥厂EP电除尘风机的变频改造，达到了节电和改善工艺的效果，取得了圆满成功。目前在我国，水泥行业相对于其它如冶金、电力等，高压变频器改造的进度相对缓慢，如果中国大多数水泥制造企业都能如大连小野田水泥厂，合理、深度挖掘自身潜力，那么有理由相信，中国的天将会更蓝，水会更清，节能型的和谐社会美好前景定会展现在我们的面前！