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中枢。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。 字串8
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。
在分析PLC过程控制故障特点的基础上,介绍四种PLC故障分析与排除的方法,并列举两实例说明故障分析与排除的过程。
PLC故障特点
PLC控制系统故障是指其失去了规定功能,一般指整个生产控制系统失效的总和,它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括端口和现场控制检测设备,如继电器、接触器、阀门、电动机等。
大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障,所以在维修时,只要PLC有些部分控制的动作正常,都不应该怀疑PLC程序。如果通过诊断确认运算程序有输出,而PLC的物理接口没有输出,则为硬件接口电路故障。另外硬件故障多于软件故障,大多是由外部信号不满足或执行元件故障引起,而不是PLC系统的问题。
PLC故障分析及排除方法
为了便于故障的及时解决,首先要区分故障是全局性还是局部性的,如上位机显示多处控制元件工作不正常,提示很多报警信息,这就需要检查CPU模块、存储器模块、通信模块及电源等公共部分。如果是局部性故障可从以下几方面进行分析。
1.根据上位机的报警信息查找故障。PLC控制系统都具有丰富的自诊断功能,当系统发生故障时立即给出报警信息,可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位,具有事半功倍的效果,是维修人员排除故障的基本手段和方法。
2.根据动作顺序诊断故障。对于自动控制,其动作都是按照一定的顺序来完成的,通过观察系统的运动过程,比较故障和正常时的情况,即可发现疑点,诊断出故障原因。如某水泵需要前后阀门都要打开才能开启,如果管路不通水泵是不能启动的。
3.根据PLC输入输出口状态诊断故障。在PLC控制系统中,输入输出信号的传递是通过PLC的I/O模块实现的,因此一些故障会在PLC的1/0接口通道上反映出来,这个特点为故障诊断提供了方便。如果不是PLC系统本身的硬件故障,可不必查看程序和有关电路图,通过查询PLC的I/O接口状态,即可找出故障原因。因此要熟悉控制对象的PLC的I/O通常状态和故障状态。
4.通过PLC程序诊断故障。PLC控制系统出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因;有些虽然在屏幕上有报警信息,但并没有直接反映出报警的原因;还有些故障不产生报警信息,只是有些动作不执行。遇到后两种情况,跟踪PLC程序的运行是确诊故障的有效方法。对于简单故障可根据程序通过PLC的状态显示信息,监视相关输人、输出及标志位的状态,跟踪程序的运行,而复杂的故障必须使用编程器来跟踪程序的运行。如某水泵不工作,检查发现对应的PLC输出端口为0,于是通过查看程序发现热水泵还受到水温的控制,水温不够PLC就没有输出,把水温升高后故障排除。
当然,上述方法只是给出了故障解决的切人点,产生故障的原因很多,所以单纯依靠某种方法是不能实现故障检测的,需要多种方法结合,配合电路、机械等部分综合分析。
典型故障分析实例
实例1:故障现象是供热系统正常运行过程中,突然警报声响,上位机监控界面提示“MCC故障”。
根据上位机的报警信息,MCC表示电机控制盘。结合电路图,发现所有电机的空气开关辅助常开触点都是串联起来再连接到PLC的输入点,开关合上后,触点闭合,任何一个触点断开,都会提示“MCC故障”,所以分析是电机控制部分出现了问题。为了确定具体是哪个电机出现了问题,先从配电室进行查找,每个电气柜的外面都有黄色指示灯,从电路图发现,指示灯是由这个盘的所有空气开关的辅助常闭触点并联后控制的,任何一个触点接通后,都会使该灯亮。据此找到黄色指示灯亮的电气柜,打开后发现是1号排水泵电机空气开关跳闸,合上运行又立即跳闸,判断是电机过载或有短路现象。现场用摇表检测电机线圈正常,手摇电机旋转,听到有机械摩擦的声音,打开水泵后发现是固定叶轮的螺母脱落,造成电流过大,导致跳闸,把螺母紧固后故障排除。
实例2:故障现象是供热系统的流量调节阀能正常打开,无论手动和自动均无问题,但关闭后一直红绿闪烁,导致出现报警,但并未对生产造成影响。
通过上位机监控和现场观察,发现该阀门能够正常打开和关闭,所以可以排除机械问题。通过分析电路发现,与该阀门相关的只有其自带的限位开关与PLC连接,所以可以初步判断故障在限位开关或PLC上。由于该阀门位置较高,检查较困难,不便检查限位开关。经过仔细观察PLC的I/O接口状态,发现阀门打开后接口指示灯亮,关闭后指示灯灭,即正好与阀门的开关状态相对应。为此得出结论,问题出在阀门的反馈开关上,该阀门是个调节阀,应该反馈阀门的关闭信号,即关闭后应该反馈+24V信号,打开后反馈OV,而现场发现反馈线接到了常开触点上,导致阀门关闭后没有信号反馈,屏幕显示红绿闪烁。由于PLC程序只用到阀门的关闭信号,所以阀门打开后程序并不认为反馈出错,阀门打开显示是正常的,把反馈线接到常闭触点上后故障排除。
GE 8000 Size Sz 3 Fused IC660TSA100 模块 MCC Bucket MCCB 120V 100 A Amp
Square D Circuit Breaker FAL36015 15 Amp 15Amp 15A A
Square D Circuit Breaker FHL36015 15 Amp 15Amp 15A A
GE 8000 Size Sz 4 Breaker MCC Bucket MCCB 100 A Amp
Gould/Modicon AS-B804-000 115VAC Output ASB804000
GE 8000 Size Sz 4 Breaker MCC Bucket MCCB 250 A Amp
Westinghouse Breaker HFB HFB3480ML 50A A 50Amp 50 Amp
Honeywell UDC3000 DC300K Versa-Pro Controller UDC-3000
GE 8000 Size Sz 2 Breaker MCC Bucket MCCB 12" 30 A Amp
Fanuc A16B-2200-0171 Serial Port IC660TSA100 模块 A16B22000171/07A
GE Fanuc IC655CHS508A Base Unit 8 Slots IC655CHS508 NIB
GE Fanuc IC610MDL111A 24 AC/DC Input IC610MDL111
Mitsubishi/Freqrol FR-A260E-0.75K Inverter Drive A200
Mitsubishi/Freqrol FR-A520-1.5K AC Inverter Drive A500
AEG/Modicon AS-B805-016 115 VAC Input ASB805016
Westinghouse Breaker HFA HFA3050 50A A 50Amp 50 Amp
ABB MultiDrive Multi Drive ACN684-0375-50000030A905 NEW
Allen Bradley AB 1336S-BRF05-AA-EN- Ser D .5HP FRN 1.06
Allen Bradley AB 1336S-BRF20-AA-ES4 Ser D 2 HP FRN 4.02
Allen Bradley AB 1397 1397-A005R-HA2 5/10 HP DC Drive
Allen Bradley AB 1332-YAA AC Drive 2 HP 230V 1332YAA
Square D Circuit Breaker FAL36035 35 Amp 35Amp 35A A
AB Allen Bradley 1771-P2 1771P2 Power Supply
Westinghouse Breaker HFB HFB3050 50A A 50Amp 50 Amp
AB Allen Bradley 1772-MS 1772MS Memory Segment 2048 RAM
AB Allen Bradley 1772-ME 1772ME RAM Memory Module
Allen Bradley 1772-SD2 Rmt I/O Scanner Dist. AB 1772SD2
Square D Circuit Breaker FAL IC660TSA100 模块 FAL36045 45Amp A 45 Amp
Sharp JW-10CM Link Unit/Control Terminal JW10CM JW10 10
Square D Circuit Breaker FAL34060 60Amp A 60 Amp
GE 8000 Size Sz 2 Breaker MCC Bucket MCCB 12" 60 A Amp
Telemecanique Altivar 71 ATV71H075M3 AC Drive 1HP/0.75k
Modicon AS-E385-904 385 Memory Module ASE385904
Square D Circuit Breaker FAL FAL34070 70Amp A 70 Amp
Modicon AS-M380-006 Memory Module Assy ASM380006
Square D CircuitBreaker FHL3610016M 100 Amp 100Amp 100A
Emerson FX-340 Positioning Servo Drive w/PCM-11 Control
GE 8000 Size Sz 2 Fused MCC Bucket MCCB 12" 60 A Amp
Foxboro I/A P0400QJ PER, 80 MB Disk P0 400QJ PO400QJ
GE 8000 Size Sz 2 Breaker MCC Bucket MCCB 12" 50 A Amp
Westinghouse Circuit Breaker HFB3020L HFB 20 Amp 20Amp
Mitsubishi Breaker NF-SFW3 30 NF IC660TSA100 模块 SFW 30 Amp 30Amp 30A A
Mitsubishi/Freqrol FR-A024-0.4K AC Inverter Drive 0.4kW
Westinghouse Circuit Breaker HFB3020L HFB 20 Amp 20Amp
Foxboro I/A P0400QK PER, Tape Drive W/Cont P0 400QK
Mitsubishi/Freqrol FR-A024-0.2K AC Inverter Drive 0.2kW
Foxboro I/A P0400QK Streamer Tape P0 400QK PO400QK
Westinghouse IQ Data Plus II (2) 2D78522 w/Power Supply
Allen Bradley AB 2100 6" IC660TSA100 模块 Breaker Feeder MCC Bucket 30A
Westinghouse IQ Data Plus II (2) 2D78522 2D78522G01
Square D Circuit Breaker JKL3250 JKL3400F 250Amp A 250A
Hitran Transber 180 kVA 575/460Y/266 V 180kVA 460 Y
Westinghouse HFB HFB3030L HFB 30A A 30Amp 30 Amp
ATC 305E-017-A-10-PX Timer 305E017A10PX 120V/60Hz NEW
Fanuc Ltd. A06B-6058-H252 Servo Amplifier A06B6058H252
Telemecanique Altivar 71 ATV71HD75N4 Drive 100HP/75kW