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為了延長plc控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的設(shè)備消耗、元器件設(shè)備故障發(fā)生點有較明白的估計，也就是說，要知道整個系統(tǒng)哪些部件zui容易出故障，以便采取措施?，F(xiàn)以特種水泥1號線的plc過程控制系統(tǒng)為例，對plc過程控制系統(tǒng)故障分布規(guī)律進行分析，希望能對plc過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計和u常維護有所幫助。
1.系統(tǒng)故障的概念
系統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為plc故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備故障兩部分。plc系統(tǒng)包括*處理器、主機箱、擴展機箱、i/o模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備?，F(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備包括i/o端口和現(xiàn)場控制檢測設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。
2.系統(tǒng)的故障統(tǒng)計及分析處理
2.1我廠特種水泥1號線過程控制系統(tǒng)簡介
2000年該系統(tǒng)改造時采用日本二菱公司的a2系列pic為核心組成的plc過程控制系統(tǒng)。
該系統(tǒng)有2個集中控制室：窯尾控制室和窯頭控制室，其中窯頭控制室為主站;2個現(xiàn)場工作站：窯尾生料自動配料工作站和窯尾成球盤自動加水成球工作站;2個電視監(jiān)控系統(tǒng)：預(yù)熱器進口下料監(jiān)控和窯頭電視看火。
現(xiàn)場工作站是獨立的微機自動控制系統(tǒng)，它與主站只進行模擬量的通訊和開關(guān)量的聯(lián)鎖。主站與從站間采用幀同步全雙工通訊方式：
2.2系統(tǒng)
故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計
經(jīng)統(tǒng)計，系統(tǒng)故障共計126次，其中plc的故障比例約為4.7%，現(xiàn)場部分故障比例約為95.3%，：對照其他plc過程控制系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)，并考慮該系統(tǒng)運行時間不是很長，該比例比較接近一般plc過程控制系統(tǒng)的故障分布規(guī)律，有一定的普遍性。一般來講pic部分的故障比例約為5%，現(xiàn)場控制設(shè)備的故障比例約為95%。
plc過程控制系統(tǒng)故障分布的估計
2.3系統(tǒng)故障分析及處理
2.3.1plc主機系統(tǒng)
plc主機系統(tǒng)zui容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作、散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。通訊及網(wǎng)絡(luò)受外部干擾的可能性大，外部環(huán)境是造成通訊外部設(shè)備故障的zui大因素之一。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在plc多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設(shè)備的破壞。目前plc的主存儲器大多采用可擦寫rom，其使用壽命除了主要與制作工藝相關(guān)外，還和底板的供電、cpu模塊工藝水平有關(guān)。而plc的*處理器目前都采用高性能的處理芯片，故障率已經(jīng)大大下降。對于plc主機系統(tǒng)的故障的預(yù)防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使plc的外部環(huán)境符合其安裝運行要求;同時在系統(tǒng)維修時，嚴格按照操作規(guī)程進行操作，謹防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。
2.3.2plc的i/o端口
plczui大的薄弱環(huán)節(jié)在i/o端口。plc的技術(shù)優(yōu)勢在于其i/o端口，在主機系統(tǒng)的技術(shù)水平相差無幾的情況下，i/o模塊是體現(xiàn)plc性能的關(guān)鍵部件，因此它也是plc損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少i/o模塊的故障就要減少
外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設(shè)備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。
2.3.3現(xiàn)場控制設(shè)備
在整個過程控制系統(tǒng)中zui容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場，表2列出了現(xiàn)場中zui容易出故障的幾個方面。
1)*類故障點(也是故障zui多的地點)在繼電器、接觸器。如該生產(chǎn)線plc控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量zui大的為各類繼電器或空氣開關(guān)。主要原因除產(chǎn)品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。在該生產(chǎn)線上所有現(xiàn)場的控制箱都是選用密閉性較好的盤柜，其內(nèi)部元器件較其他采用敞開式盤柜內(nèi)元器件的使用壽命明顯要長。所以減少此類故障應(yīng)盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運行的影響。
2)第二類故障多發(fā)點在閥門或閘板這一類的設(shè)備上，因為這類設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部位，相對的位移一般較大，或者要經(jīng)過電氣轉(zhuǎn)換等幾個步驟才能完成閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，或者利用電動執(zhí)行機構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護，機械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。我廠對此類設(shè)備建立了嚴格的點檢制度，經(jīng)常檢查閥門是否變形，執(zhí)行機構(gòu)是否靈活可用，控制器是否有效等，很好地保證了整個控制系統(tǒng)的有效性。
3)第三類故障點可能發(fā)生在開關(guān)、極限位置、安全保護和現(xiàn)場操作上的一些元件或設(shè)備上，其原因可能是因為長期磨損，也可能是長期不用而銹蝕老化。如該生產(chǎn)線窯尾料球儲庫上的布料行走車來回移動頻繁，而且現(xiàn)場粉塵較大，所以接近開關(guān)觸點出現(xiàn)變形、氧化、粉塵堵塞等從而導(dǎo)致觸點接觸不好或機構(gòu)動作不靈敏。對于這類設(shè)備故障的處理主要體現(xiàn)在定期維護，使設(shè)備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關(guān)尤其是重型設(shè)備上的限位開關(guān)除了定期檢修外，還要在設(shè)計的過程中加入多重的保護措施。
4)第四類故障點可能發(fā)生在plc系統(tǒng)中的子設(shè)備，如接線盒、線端子、螺栓螺母等處。這類故障產(chǎn)生的原因除了設(shè)備本身的制作工藝原因外還和安裝工藝有關(guān)，如有人認為電線和螺釘連接是壓的越緊越好，但在二次維修時很容易導(dǎo)致拆卸困難，大力拆卸時容易造成連接件及其附近部件的損害。長期的打火、銹蝕等也是造成故障的原因。根據(jù)工程經(jīng)驗，這類故障一般是很難發(fā)現(xiàn)和維修的。所以在設(shè)備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設(shè)備隱患。
5)第五類故障點是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設(shè)備安裝時信號線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在pic內(nèi)部進行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。
6)第六類故障主要是電源、地線和信號線的噪聲(干擾)，問題的解決或改善主要在于工程設(shè)計時的經(jīng)驗和日常維護中的觀察分析。
要減小故障率，很重要的一點是要重視工廠工藝和安全操作規(guī)程，在日常的工作中要遵守工藝和安全操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行—些相關(guān)的規(guī)定，如保持集中控制室的環(huán)境等等，同時在生產(chǎn)中也要加強這些方面的霄理。