西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0产品型号

一、引言

    可编程序控制器（PLC）突出的特点是可*性高，在以PLC为主组成的PLC控制系统中绝大部分故障来自外部控制电器，如由按钮，行程开关等的损坏所引起。控制电器的故障分为两类：一类是控制电器的触点产生氧化膜，使触点无法闭合而产生开路故障；另一类是控制电器触点熔合而产生短路故障。这都将影响PLC控制系统的正常工作。为能快速准确地对PLC控制系统中控制电器的故障进行检测，探讨利用PLC内部富余的器件对PLC输入控制电器的开路与短路故障进行自动诊断，以便及时排除故障，保证PLC控制系统的正常运行。

二、输入控制电器短路故障的检测

1、短路故障的分析与设计

    为检测出某控制电器的短路故障，可在梯形图有关的步序段中串联上被检测电器的常开点，当该电器常开点变为闭合即出现短路故障时，则立即接通输出继电器，此继电器为PLC辅助继电器，使有关的输出设备停止工作，并使故障指示灯亮，以使操作人员迅速发现故障并判断出原因。为避免在步序转换瞬间有些被检测电器的常开点闭合，致使故障指示出现短暂的错误，可根据需要设置若干个定时器，使步转换时间相同且有间隔的步共用一个定时器。定时器的常开点串联在相应的步序段中，时间设定值略大于步转换时间，这样就不会出现错误的故障指示。若在每一步序段中设置一个由PLC内部辅助继电器组成的步序状态指示器，将指示器的常开点与上述定时器的常开点和故障输出继电器串联起来，就可实现利用步序状态指示器对该步进行故障检测。只有系统运行到该步才能检测出有关的故障电器。

    PLC控制系统的输入控制电器可能多达几十甚至上百个，即系统有几十甚至上百个步序段，而状态寄存器的触点只能使用一次。若按步序指令编制程序，为检测故障就需另选内部辅助继电器作为状态指示器。这样不仅占用了大量辅助继电器，而且使梯形图相当复杂。在这种情形之下，采用移位寄存器的编程方法来编制程序比较理想。这样不仅可以利用移位寄存器对众多步序段系统进行控制，而且可利用PLC内部丰富的辅助继电器作为步序状态指示器，从而实现对众多输入控制电器的故障检测。

2、故障检测的选择

    假若在每一步序段对所有的输入控制电器全部进行检测，这将使梯形图非常繁杂。经分析和实际运用证明，不需要在每步序段对所有输入控制电器进行短路检测，只要在某步序段检测一个有关的输入电器即可。一般选取每一步序段中LD指令的控制电器，即开始某段程序的控制电器。

三、输入控制电器开路故障的检测

1、开路故障的分析与设计

    在PLC控制系统正常运行的状态下，每一步序都有一定的时间间隔。若输入控制电器出现了开路故障，则系统将无法转入下一步的工作而停顿。故必须检测出控制电器的开路故障。要检测开路故障只要将有关步序的步序状态指示器的常开点和下一步步序状态指示器常闭点及定时器的线圈串联起来，在该步序段开始时立即定时，当该步序段结束并转入下一步后使定时器复位。若系统在定时器设定时间内结束该步，定时时间到，则其常开点闭合，指示出故障信号。定时器的定时值的选取需要注意以下两点：一是保证系统迅速检测出开路故障；二是准确的定时时间（即步进时间）需要现场调试确定。

2、故障检测的选择

    对大量输入控制电器进行开路检测必将占用较多的定时器，而PLC内部定时器数量有限，故对控制电器的检测可作如下处理：

（1）对于步序时间相同且有间隔的步可共用一个定时器。

（2）开路故障检测选取某步序段前OUT的控制电器。

（3）选择故障率高的控制电器进行检测。

四、故障检测的设计

1、瓶签检测系统

瓶签检测系统如图1所示。

图1 瓶签检测线

    系统中有光电开关0001和0002检查传送带上的瓶子。若检测到无标签的瓶子则0001通，这时系统控制一个机械手从A传送带拿开并放到B传送带上。当机械手回到始位后，机械手原始位置0004检测接通，同时系统还对无标签的瓶子进行计数，当计数值达到设定值时报警灯亮。

2、控制系统梯形图

    设计出C系列PLC控制系统梯形图如图2所示。

图2 瓶签检测PLC控制系统梯形图

3、控制电器开路故障检测

    需要检测的控制电器有光电开关0001和0002，停止按钮0003和机械手原始位置检测0004。根据上述思路设计出输入控制电器的开路故障检测梯形图，如图3所示。

图3 输入控制电路开路故障检测梯形图

4、控制电器短路故障检测

    需要检测的控制电器与开路时相同。设计出控制电器短路故障检测梯形图，如图4所示。

图4 输入控制电器短路故障检测梯形图

5、几点说明

（1）鉴于瓶签检测系统输出点较少，PLC内部剩余了较多输出点，所以在设计中使用较为简单的方法实现对控制电器的故 障检测，各个被检测电器的每种故障由一个独立输出点予以显示，使故障的显示一一对应，清晰明了。
  (2）若控制系统比较复杂，输入控制电器和输出设备较多，使输出点数富余较少时，为减少故障显示所占用的输出点数，需加入状态指示器，可采用8421码来分配故障显示灯（输出点对应的指示灯），而程序作相应的调整就可以了。

五、结束语

    PLC的内部资源如输出继电器、辅助继电器、定时器等，一般情形之下均未被完全利用，所以可利用这些内部富余的电器对PLC外部的输入控制电器进行故障自动检测。该检测无需任何外部元器件和经费就可实现。这对于保证PLC控制系统的正常运行具有重要意义。

1.引言

　　可编程控制器（PLC）以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，现已广泛应用于生产工艺过程。在目前的很多自控系统中，常选用PLC作为现场的控制设备，用于数据采集、状态控制和输出控制，而在系统上位机（通常为工控机）上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，以实现监控和管理功能。这种控制系统充分利用了微型机和PLC的各自的特点，实现了优势互补，得到了广泛的应用。

　　九十年代初，国内绝大多数油田对从井筒内取出的油管采取直接在现场用锅炉车产生高温蒸汽清洗的办法来清洗油管内外壁，这种办法一方面会造成环境污染，另一方面清洗效果也不理想。随着油田生产的规模化、化，大多油田成立了油管修复单位，定点、定员、定设备进行油管的清洗、检测、修复工序。清洗环节国内油田主要采用三种方式：高压旋转水射流、中频加热清洗和高温热洗。

　　根据江苏油田井下作业处真武油管修复中心的实际情况，设计了以研华Pentium Ⅲ工控机、OMRON CQM1H-CPU21型PLC为硬件核心，以组态王KingView6.01为软件平台的计算机监控系统，对油管进行高温热洗操作。系统总体设计如图1.

　　下面从硬件和软件两方面对油管高温热洗工艺进行分析。

2.硬件构成

　　利用现有一台2T锅炉通过旁管对热洗池内清洗液（主要成分为清水，含适量比例的氢氧化钠和金属表面活性剂配剂）进行加热。考虑油管体积、质量较大，人工搬运不便，且热洗间处于高温危险环境，故采用机械滚轮传输、气缸举升和机械式链提升装置，并由磁敏、光电或机械式行程开关对油管进行限位或控制滚轮、气缸的动作。

　　整个工艺系统设计采用OMRON CQM1H-CPU21型PLC作为控制核心。CPU21本身具有16个数字量I/O点，通过外接输入模块ID212四块和输出模块OC222三块作为I/O口功能扩展，以满足设计需要。PLC通过COM口与工控机相连，与组态王KingView软件结合，实现计算机监控操作功能。硬件构成简图如图2。

3.软件分析

　　待清洗油管经传输线进入热洗池内管架，与池内清洗液充分接触，进行热交换，油管内外壁原油溶化、剥离，上浮至清洗液表面。油管被链提升装置提出至液面以上，进行次控水。控水完毕后仍经链提升装置提升至通径传输线一。通径传输线一正转，将油管送至内壁冲洗机，进行内壁冲洗。冲洗完毕后通径传输线一反转，油管后退至通径传输线一下料感应器，通径下料翻板动作，将油管翻至通径传输线二。通径下料翻板回位后，控水气缸动作，进行第二次控水。控水完毕后，通径传输线二正转，将油管传输通过外壁冲洗机，进行外壁清洗。完毕后出料，完成一根油管的清洗作业。PLC编程思路如图3。

　　由于整个系统监控点数多，画面复杂，自行设计监控软件周期较长、难度较大，所以上位机采用国内先进的组态软件—组态王KingView6.01进行编写。组态王是运行于bbbbbbs98/NT/XP的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，充分利用了bbbbbbs的图形编辑功能，能方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。组态王与PLC之间通信采用的是PPI通讯协议。组态王通过串行口与PLC进行通信，访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。在实际编程过程中不需要编写读写PLC寄存器的程序，组态王提供了一种数据定义方法，在定义了I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。

　　根据监控的实际要求，设计的软件实现了下述功能：工艺流程进行动画显示，可以直观的看出各条传输线、水泵、电机的运转情况，以及热洗池内油管数量和班产量。此外，针对不同的操作人员，设置不同的系统操作权限及密码，并给予系统操作帮助等等。系统控制界面如图4。

4.结束语

　　本文作者创新点：设计运用组态王和PLC进行通讯，具有时效性好、速度快、可靠性高、运行稳定、调节灵活等优点。系统人机界面友好而直观，具有一定的灵活性，易于扩充。设计于2001年竣工投产，现已正常运转5年，整个系统运行平稳，安全可靠。特别是PLC和组态王软件技术的结合应用，使得生产中自动化程度大大提高，降低了工人的劳动强度，取得了较好的实际使用效果。