贵阳西门子授权一级代理商触摸屏供应商

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   随着工业设备自动化控制技术的发展，可编程控制器（PLC）在工业设备控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。本文详细介绍了影响PLC运行的干扰类型及来源，并提出抗干扰设计的实施策略。  
    自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
1. 电磁干扰类型及其影响 
    影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。 
    干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质来划分。按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，可分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。 
    共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 
2. 电磁干扰的主要来源 
2.1 来自空间的辐射干扰
    空间辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护 
2.2 来自系统外引线的干扰
    主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有下面三类： 
    类是来自电源的干扰。实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源问题才得到解决。 
    PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流，尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但因其机构及制造工艺等因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。 
    二类是来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种往往非常严重。 
    由信号引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 
    三类是来自接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一，正确的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。
    PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷击时，地线电流将大。 
    此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 
2.3 来自PLC系统内部的干扰
    主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 
3. 抗干扰设计 
    为了**系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 
    PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能**系统的电磁兼容性和运行性。进行具体工程的抗干扰设计时，应主要注意以下两个方面。
3.1 设备选型 
    在选择设备时，要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。 
    在选择国外进口产品要注意，我国是采用220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求高。在国外能正常工作的PLC产品在国内工业就不一定能运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（GB/T13926）合理选择。 
3.2 综合抗干扰设计
    主要考虑来自系统外部的几种抑制措施，内容包括：对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆应分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还利用软件手段，进一步提高系统的性。 
4. 主要抗干扰措施 
4.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
    在PLC控制系统中，电源占有重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电电源以及和PLC系统有直接电气连接的仪表供电电源，并没受到足够的重视。虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。 
    此外，为**电网馈电不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的性。而且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。 
4.2 正确选择电缆的和实施敷设
    为了减少动力电缆尤其是变频装置馈电电缆的辐射电磁干扰，笔者在某工程中采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，降低了动力线产生的电磁干扰，该工程投产后了满意的效果。 
    不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号  
电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敷设，以减少电磁干扰。 
4.3 硬件滤波及软件抗干扰措施 
    信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两间加装滤波器可减少差模干扰。 
    由于电磁干扰的复杂性，要根本干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的性。常用的一些提高软件结构性的措施包括：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件保护等。
4.4 正确选择接地点，完善接地系统。 
    接地的目的通常有两个，一为了，二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 
    系统接地有浮地、直接接地和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体接地点以单的接地线引向接地。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式，用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体接地点，然后将接地母线直接连接接地。接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10?15m远处，而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。
    信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地。多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。 
5. 本文小结 
    PLC控制系统的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症的方法，才能够使PLC控制系统正常工作，**工业设备运行。

3、PLC输入的线间电容引起的误动作

电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。就是合格的电缆，当电缆长度过一定长度时，各线间的电容容值也会过所要求的值，当把此电缆用于PLC输入时，线间电容就有可能引起PLC的误动作，会出现许多无法理解的现象。主要为： 字串8
1，明明接线正确，但PLC却没有输入；
2，PLC应该有的输入没有，而不应该有的却有，即PLC输入互相干扰；
近，在调试一PLC系统时，就出现了一种现象。MIC传感器不动作，或动作后，另一传感器（）的动作影响MIC传感器，即：MIC动作时，传感器一动作，MIC就变成不动作了。也就是：传感器的动作彼此影响，怀疑是电缆质量不好，线间电容不合要求造成的。直接把MIC传感器接到PLC，不使用电缆后，一切动作正常。

线间电容影响的办法：

（1）使用电缆芯绞合在一起的电缆；

（2）尽量缩短使用电缆的长度；

（3）把互相干扰的输入分开使用电缆；

（4）使用屏蔽电缆。

4、PLC合理编程误操作

（1）手指颤动：使用微分指令DIFU（13）来检索按钮送入电信号的上升沿，在一个执行周期里PLC只执行一次，从而避免此类误操作； 字串1
（2）无意识操作：
①优化显示功能，使用不同的指示灯来显示各种不同的工作状态：平光－运行状态，高频闪光（1秒1次）－试验状态，低频闪光（3秒闪1次）－步进状态
②输入信号联锁

 5、变频器过电压处理一例

减小给定使电机减速运行时，电机进入再电制动状态，电机回馈给变频器的能量亦较高，这些能量贮存在滤波电容器中，使电容上的电压升高，并很快达到直流过电压保护的整定值而使变频器跳闸。

采取在变频器外部增设制动电阻的措施，用该电阻将电机回馈到直流侧的再生电能消耗掉。

 6、变频器过电流处理一例

我们用安川变频器带120个小电机，当其中一个小电机发生过流故障时，变频器就会过流故障报警，导致变频器掉闸，从而导致其它正常的小电机也停止工作，这是我们所不期望的。

处理方法：在变频器输出侧加装1：1的隔离变压器，当其中一台或几小电机发生过流故障，故障电流直流冲击变压器，而不是冲击变频器，从而预防了变频器的掉闸。经实验后，工作良好，再没发生以前的正常电机也停机的故障。

IEC61131-3标准的编程语言包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括：梯形图（LD－Ladder Diagram）、功能块图（FBD － Function Block Diagram）、顺序功能图（SFC － Sequential Function Chart）。文本化编程语言包括：指令表(IL-Instruction List)和结构化文本 (ST-Strutured Text)。IEC61131-3的编程语言是IEC工作组对世界范围的PLC厂家的编程语言合理地吸收、借鉴的基础上形成的一套针对工业控制系统的编程语言标准，它不但适用于PLC系统，而且还适用于广泛的工业控制领域；IEC61131-3 的编程工具提供对现场总线系统的支持，并对现场总线装置的软件设计产生了很大影响。 字串1

本专题将分两部分介绍IEC61131-3的编程语言，本文是IEC61131-3编程语言的部分，介绍IEC61131-3的两种文本化编程语言；二部分介绍IEC61131-3的两种三种图形化编程语言，将在下一篇文章作介绍。

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一、结构化文本（ST） 字串5

结构化文本（ST）是一种的文本语言，可以用来描述功能，功能块和程序的行为，还可以在顺序功能流程图中描述步、动作和转变的行为。

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结构化文本（ST）语言表面上与PASCAL语言很相似，但它是一个专门为工业控制应用开发的编程语言，具有很强的编程能力用于对变量赋值、回调功能和功能块、创建表达式、编写条件语句和迭代程序等。结构化文本（ST）非常适合应用在有复杂的算术计算的应用中。

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结构化文本（ST）程序格式自由，可以在关键词与标识符之间任何地方插入制表符、换行字符和注释。对于熟悉计算机语言开发的人员来说，结构化（ST）语言是易学易用。此外，结构化文本（ST）语言还易读易理解，特别是用有实际意义的标识符、批注来注释时，是这样。

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1.1 操作符 字串2

结构化文本（ST）定义了一系列操作符用于实现算术和逻辑运算，如逻辑运算符：AND,&,XOR,OR; 算术运算符：<, >, <=, >=, =, <>, +, -, MOD, / 等，此外，还定义了这些操作符的级。如下是操作符预算的两个例子：

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Start ：= Oilpress AND Stream AND Pump; 字串8

V : = K*(-W*T) 字串7

1.2 赋值语句

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结构化文本（ST）程序既支持很简单的赋值语句，如 X:=Y, 也支持很复杂的数组或结构赋值，如Profile[3]:=10.3+SQRT((Rate+2.0)), Alarm.TimeOn:=RCT1.CDT。

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1.3在程序中调用功能块

字串1

在结构化文本（ST）程序中可以直接调用功能块。功能块在被调用以前，输入参数被分配为缺省值；在调用后，输入参数值保留为后一次调用的值。功能块调用的格式如下： 字串9

FunctionBlockInstance(

字串8

bbbbbbbbbbeter1:=Valuebbbbbbbbbb1, 字串7

bbbbbbbbbbeter2:=Valuebbbbbbbbbb2, …);

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Valuebbbbbbbbbb1……ValuebbbbbbbbbbN是符合功能块数据类型输入变量，bbbbbbbbbbeter1……bbbbbbbbbbeterN功能块的输入参数。FunctionBlockInstance是要调用的功能块。 字串8

1.4结构化文本（ST）程序中的条件语句

字串2

条件语句的功能是，某一条件满足时执行相应的选择语句。结构化文本（ST）有如下的条件语句： 字串6

IF …THEN…ELSE条件语句 字串2

该选择语句依据不同的条件分别执行相应THEN及ELSE语句。该条件语句可以嵌套入另一条件语句中，以实现复杂的条件语句。条件语句的格式如下： 字串1

IF THEN 字串5

  字串9

ELSE

字串1

< statements2…> 字串7

END_IF;

字串6

“boolean bbbbbbbbbb”可以是“true”或“false”，根据“true”或“false”的情况，程序执行相应的statements1或statements2语句。 字串7

CASE 条件语句 字串4

该选择语句的执行方向取决于CASE语句的条件, 并有一返回值。实例见后的应用举例。该条件语句的格式如下： 字串6

CASEOF 字串1

< integer selector value1> : < statements1…>

字串9

< integer selector value2> : < statements2…>

字串3

……

字串9

ELSE 字串5

< statements …> 字串1

END_CASE; 字串3

“integer bbbbbbbbbb”可以是一个数值，根据数值的不同执行相应的statements1或statements2等语句。 字串5

1.5 结构化文本（ST）程序中的迭代语句 字串8

迭代语句适用于需要一条或多条语句重复执行许多次的情况，迭代语句的执行取决于某一变量或条件的状态。应用迭代语句应避免迭代死循环的情况。 字串8

FOR…DO 字串8

该迭代格式语句允许程序依据某一整型变量迭代。该迭代格式语句格式如下： 字串2

FOR 字串4

TO 字串8

BY DO 字串3

字串4

END_FOR

字串2

“initialize iteraion variable”是迭代开始的计数值，“final value bbbbbbbbbb” 迭代结束的计数值。迭代从“initialize iteraion variable”开始，每迭代一次，计数值增加“increment bbbbbbbbbb”，计数值增加到“final value bbbbbbbbbb”，迭代结束。 字串8

结构化文本（ST）程序中还有其它的迭代语句，如WHILE … DO，REPEAT … UNTIL等，迭代原理与FOR…DO 格式基本相同。此外，结构化文本（ST）的迭代语句中还有EXIT，RETURN两种格式，分别用于程序的返回和退出。

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1.6 编程举例：用结构化文本（ST）程序编功能块 字串2

本程序是一用结构化文本（ST）程序编功能块的例子。该实例描述的是如何用功能块控制箱体中的流体，箱体可以通过阀门被注满和倒空，如图所示，箱体的重量由一个称重单元监视。功能块通过比较两个输入值FullWeight和EmptyWeight以确定箱体是满的还是空的。

该功能块提供了一个“Command”输入，该输入有四种状态，1.给箱体加水；2. 保持不变；3.起动“Stirrer”；4. 清空箱体。实现该功能块算法的结构化文本（ST）程序如下： 字串2

（*箱体状态*） 字串6

TYPE_T_STATE: (FULL,NOT_FULL,EMPTIED);END_TYPE; 字串8

（*阀门状态*） 字串7

TYPE_T_VALVE: (OPEN,SHUT);END_TYPE; 字串5

FUNCTION_BLOCK TankControl

字串6

VAR_IN (**) 字串5

Command:SINT; 字串6

Weight :REAL;

字串8

FullWeight,EmptyWeight : REAL; 字串2

END_VAR

字串9

VAR_OUT (**)

字串7

FillValve :T_VALVE:=SHUT;

字串9

EmptyValve :T_VALVE:=SHUT;

字串6

StirSpeed ：REAL:=0.0; 字串7

END_VAR 字串6

VAR 字串7

State :=T_STATE :=EMPTYIED;

字串2

END_VAR

二、指令表（IL-Instruction List）

IEC61131-3的指令表（IL-Instruction List）语言是一种低级语言，与汇编语言很相似，是在借鉴、吸收世界范围的PLC厂商的指令表语言的基础上形成的一种标准语言，可以用来描述功能，功能块和程序的行为，还可以在顺序功能流程图中描动作和转变的行为。 字串9

指令表语言能用于调用，如有条件和无条件地调用功能块和功能，还能执行赋值以及在区段内执行有条件或无条件的转移。指令表语言不但简单易学，而且非常容易实现，可不通过编译和连编就可以下载到PLC。IEC61131-3的其它语言如功能块图、结构化文本等都可以转换为指令表语言。 字串8

2.1指令表语言结构 字串9

指令表语言是由一系列指令组成的语言。每条指令在新一行开始，指令由操作符和紧随其后的操作数组成，操作数是指在IEC61131-3的“公共元素”中定义的变量和常量。有些操作符可带若干个操作数，这时各个操作数用逗号隔开。指令前可加标号，后面跟冒号，在操作数之后可加注释。 字串4

IL是所谓面向累加器（Accu）的语言，即每条指令使用或改变当前Accu内容。IEC61131-3将这一Accu标记为“结果”。通常，指令总是以操作数LD(“装入Accu命令”)开始。指令表程序如下所示：

字串8

2.2 指令表操作符 字串1

IEC 61131-3指令表包括四类操作符：一般操作符、比较操作符、跳转操作符和调用操作符。 字串8

2.2.1一般操作符符 字串2

指令表一般操作符是指在程序中经常会用到的操作符.

字串3

l 装入指令：LD N等。

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l 逻辑指令：AND N( (与指令)、OR N( (或指令)、XOR N（ (异或指令)等。 字串3

l 算术指令：ADD (（加指令）、SUB(（减指令）、MUL ( （乘指令）,DIV(（除指令）、MOD ( （取模指令）等。 字串6

2.2.2 比较指令：GT ( （大于）、GE ( （大于等于）、EQ( （等于）、 NE( （不等于）、 LE( （小于等于）、 LT( （小于）等。

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2.2.3 跳转及调用操作符

字串7

JMP C,N (跳转操作符)、 CALL C,N （调用操作符）等。

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2.3 在指令表中调用功能及功能块

字串5

在IEC61131-3指令表的程序中，可以直接调用功能块和功能。指令表的功能块调用有 字串2

种格式，功能调用有两种格式。详细的调用可见IEC 61131-3标准。

字串4

2.4 用指令表定义功能及功能块 字串2

指令表可用于定义功能块和功能。当用指令表定义功能时，功能的返回值是结果寄存

字串1

内的新值；当用指令表定义功能块时，指令表引用功能块的输入参数（VAR_bbbbb），并且把值写到输出参数(VAR_OUPUT)。 字串8

2.5指令表与其它语言的移植性

字串2

指令表语言转换为其它语言是非常困难的，除非指令表操作符的使用范围及书写格式受到严格的限制，才有可能实现转换。IEC61131-3的其它语言较容易转换为指令表。

【摘要】分析PLC对机电设备故障的诊断原理和它在故障诊断系统中的作用，利用PLC和计算机构成的诊断系统实现了故障诊断的智能化。充分利用机电设备控制系统中PLC的硬件资源，可简化诊断系统的硬件设计。
关键词：PLC；故障诊断 Rebbbbbb on the Application of PLC in the Fault Diagnosis of Mechtronical Equipment Xu Yiming 　　Abstrcat：The principle of PLC diagnosis in the faults of mechtronical equipment and the function in fault diagnosis system are analyzed. Inbbbligence diagnosis is perbbbbed by the diagnosis system made up of PLC and computer. By fully utilizing the PLC hardware resources in the control system of mechtronical equipment the hardware design of diagnosis system can be simplified. 　　Key words：PLC;fault diagnosis
1　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。
1．1　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，。 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。 　　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。
1．2　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限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离限值，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限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的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设置该限值。 　　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，并据此实现对机电设备的控制。
1．3　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? 蒓FF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。
2　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，。 　　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。知识的整理和表达由领域和系统协作完成。控制模块是故障诊断系统的，它根据控制指令，利用知识，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。
3　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。 　　由于目前的PLC产品不具备自动和存储知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用PLC的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将PLC和计算机联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。 　　PLC采用并行分布式结构，作下位机使用，计算机作为上位机，可完成PLC的程序下装，实施对多台PLC的管理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储知识，其输入输出设备可用作诊断过程的人机交互。PLC与计算机通过两种方式联接成一个整体：一是通过PLC的通讯口和计算机的通讯口进行联接，二是通过PLC的输入输出端子与计算机上的开关量板和A/D板进行联接。其中，PLC通过通讯口传递给上位机的故障信号多达两个或两个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过PLC输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输入端子的地址来识别。PLC输入端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。 　 网络中的PLC和计算机在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给PLC完成，以充分发挥PLC的技术优势，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。PLC检测到的故障信号可通过通讯口或输出端子传给上位机，然后调用上位机存储的知识对其进行分析、判断、决策，并作出合理的解释。上位机作出决策之后，又可通过通讯口或开关量板的输出端口传递控制信号，并将控制权交给PLC。充分利用通讯口的功能，有利于减小PLC的规模。
4　应用实例 　　根据上述原理和方法，笔者在液压AGC伺服油缸测控系统上设计了如图3所示的故障诊断系统。该系统的工业控制机为IPC610，通讯口为RS-232C，开关量板为PCL-725，A/D板为PCL-812PG，机电设备为AGC伺服油缸试验台及其液压泵站，PLC选用OMRON公司生产的CQM1产品。其中，1#PLC的开关量输入模块4块（含CPU），开关量输出模块3块，2# PLC的开关量输入模块2块（含CPU），开关量输出模块2块，模拟量输入输出模块2块。有21路开关量故障信号需要检测（过滤器堵塞10，液位信号4，油温信号4，行程开关信号3）；模拟量故障信号有4路需要检测，其中，压力信号2路，位移信号2路。 　　液压AGC伺服油缸是实现板带轧制的关键元件，在检测过程中，其动静态性能出现不合格的情况时，需要方便准确地判断是油缸本身的问题还是检测系统的问题。所设计的故障诊断系统能完成以下功能：
（1）测试过程开始前，运行故障诊断系统，检查AGC伺服油缸测控系统是否处于良好状态。对于开关量，这个过程是上位机通过通讯口读取PLC输入位的状态值并与其正常状态值相比较的过程；对于模拟量，这个过程可用读取模拟量阈值起动的开关位的状态值作为判断的根据，也可将从PCL-812PG读取的模拟量与其相应的限值相比较的结果作为判断的根据。若发现测控系统有故障，应及时处理（上位机显示屏给出具体故障的部位及排出故障的技术路线）。只有当诊断结果为良好状态时，才能进行油缸的性能测试。
（2）如果测试结果发现不合格的伺服油缸，应重新运行故障诊断系统。
（3）如果测试过程当中，测控系统出现严重故障，则PLC通过通讯口或上位机输入输出板传递故障信号，使测控系统退出测试过程，屏幕给出故障诊断的和排除故障的建议。PLC通过声光报警并切断电机电源。
5　结　论 　　PLC可为机电设备的故障诊断提供强有力的技术支持。