PLC_变频器控制系统典型故障分析.pdf

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1、2011年8月 第16期PLC-变频器控制系统典型故障分析胡刚，吕卿（上海磁浮交通发展有限公司，上海201204）摘要：通过对PLC-变频器控制系统的综合分析，找出大型控制系统在设计、配合中容易出现并容易忽略的潜在问题及其合理有效的解决办法，可供相关技术人员参考和借鉴。关键词：PLC；变频器；故障中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1002-4786（2011）16-0083-03Typical Failure Analysis of Control System inPLC&Frequency ConverterHU Gang,LU咬Qing（Shanghai Maglev Tran

2、sportation Development Co.,Ltd.,Shanghai 201204,China）Abstract：Through a comprehensive analysis of the PLC and frequency converter control system,the poten-tial problems in the design and coordination of large control system and their reasonable and effective solutions对于设备标签的防水性能、耐高温、抗污性、耐久性能等各种性能有较

3、高的要求，但打印该类标签的条码打印机价格昂贵。考虑设备本身价格及所需的耗材成本，建议选择标签打印机，同样具有打印条形码的功能，且在机电维护业务中还可用于线缆标识的打印。并根据设备标签尺寸，选择6mm36mm宽的覆膜标签色带，该类标签色带具有耐腐蚀、耐磨损、耐褪色、耐高温、防水、强粘性等特点。在扫描枪的选择上，则推荐选用激光扫描枪，其识别更加快速、准确。6应用扩展6.1质量追溯在日常的维护工作中，可通过条码扫描器快速、准确地识别设备编号。通过这个设备编号在机电设备管理系统中查找出该设备的基本信息、技术参数、履历表等信息，对每台设备从它开始入库到最终退出服务整个生命周期内进行全范围的追踪，以此达到

4、对设备全生命周期的管理。6.2资产清点为便于路段公司对资产的管理，使用带有条码扫描功能的手持数据终端进行固定资产现场管理，只需少量人员在资产实物粘贴的设备标签处通过专用条码采集器扫描条形码，相当于对资产实物进行清点（此处最为关键，提取资产数据快速准确，避免以往人工填写查找资产名称、规格型号、出厂日期等，极大地提高了清查效率），将专用条码采集器采集的数据上传至机电设备管理系统，通过与系统中固定资产数据进行比对，可大大减轻盘点工作量。7结语采用条码技术进行机电设备管理仅是方法之一，随着RFID技术的快速发展，未来在RFID电子标签成本显著降低、识别效果显著提升后，可以考虑用RFID电子标签替换现有

5、的条形码，从而获得更加高效、低成本、高质量的维护效果。收稿日期：2011-06-20!Rail Transit轨道交通83交通标准化can be found,which can provide reference for technicians.Key words：PLC;frequency converter;fault控制PLC变频器驱动电缆马达增量编码器绝对值编码器WinCCPROFIBUS图1PLC-变频器控制系统简要构成1引言可编程控制器（以下简称“PLC”）具有抗干扰能力强、可靠性高、编程简单等优越性，同时由于PLC系统很容易采用硬件冗余设计，而其本身具有很高的可靠性，并能够对自身

6、的关键部件和工作状态进行实时诊断，将各部件的诊断信息传递给本地和远程诊断系统，供维护人员及时采取相应措施，因此在工业控制领域得到越来越广泛的应用。而在运动控制方面，变频控制因其独特的优势在大型运动系统控制中得到非常广泛的应用，随着现代变频器完善的网络通信功能的发展，使用变频器与PLC的通讯功能可以使控制过程更加形象、直观，同时使操作更加简单、方便，而且控制更加成熟可靠。因此由PLC和变频器构成的自动化系统目前运用已非常广泛。本文以高速磁浮交通的道岔PLC和变频器构成的运动控制系统的典型故障分析为蓝本介绍类似问题的解决方案。2典型控制模型及其简要构成由PLC和变频器构成的运动控制系统，整个控制系

7、统主要由PLC、变频器、编码器等设备组成，同时为了达到集中控制和通讯的目的，根据系统需要可配备相关的MPI网络组件、DP网络组件以及各种接口模块、通讯模块、数字输入输出模块、冗余组件等。因此每个系统的组成不尽相同，但是从控制的构成上来讲，核心是一致的，即系统的主要构成必须包含PLC、变频器以及相关的编码器等设备，由这几种设备组成的PLC-变频器控制模型如图1所示。在PLC-变频器控制的系统中，由PLC综合处理实时信息，其主要功能是两个方面，其一是读取变频器的工作状态，也就是回读变频器的状态字，知道当前所控制的变频器的实际工作状态以及运行状态等数据；其二是向变频器下发各种控制指令，即下发控制字，

8、按系统设定的功能和模式来控制变频器的工作状态，如转速控制、位置控制、扭矩保持等，以实现上级的闭环控制。从根本上来讲，真正的运动部件是由变频器来控制实现的，通过变频器实现位置控制、速度控制、扭矩控制等各种模式的控制，此外变频器下挂增量编码器以实现对速度、位置的底层闭环控制，同时也可以配备绝对值编码器由PLC系统综合判定模式、速度等切换点。3典型故障分析对于单一变频器控制系统，整个系统结构和功能都比较简单，因此在系统设计上存在问题的可能比较小，但对于由若干变频器组成的大系统而言，因为系统的动作、故障处理、状态判断、动作衔接等都比较复杂，而且往往不同层次的软件设计由不同的人员开发完成，因此存在问题的

9、可能性比较大，而且往往存在潜在的逻辑问题，经常出现的问题主要有以下几个方面。3.1PLC中硬件组态的对等性即PLC硬件组态中对变频器参数长度，接口的定义，输出/输入字段的地址、长度、控制字和状态字的规范的定义必须与实际的PLC控制程序以及相关的变频器控制程序中的定义保持一致，否则会导致信息丢失，严重时更会导致控制混乱或误动作，往往这方面的故障比较隐晦而且难以发现。图2所示为某控制系统的故障实例。PLC硬件组态时将某驱动变频器过程参数长度设置为6PD，但实际上变频器程序在设计时针对该驱动变频器设定的参数长度为10PD，因为发送和接收地址长度的不对等，导致IPOS程序将故障信息图2硬件组态地址错误

10、示意图变频器参数n+1PLC程序接收PIW8参数+10PD原组态变频器参数n参数+6PD变频器程序发出轨道交通Rail Transit842011年8月 第16期低8位高8位工作状态故障代码PIW5变频器变频器程序故障处理机制原程序实际状态进入故障判断图4故障状态逻辑缺陷修正示意图图3组态错误修改示意图变频器程序发出PIW8参数+10PD变频器参数n+1变频器参数n错写入了另外一变频器的地址段中，造成部分数据丢失，因为丢失部分的数据包含故障代码等信息，因此相应的故障信息无法报出，由于变频器内部程序和PLC控制程序对硬件参数字段定义长度不同，导致部分信息丢失，从而导致PLC无法获取相应的变频器的

11、故障信息，因此影响故障的及时诊断和处理。3.2PLC对变频器状态判定的逻辑严密性另一个比较容易出现的问题依旧存在于PLC和变频器的程序配合上。PLC通过系统总线对变频器进行控制，当有故障发生时，控制系统会获取这一信息并且进行相应的故障处理。但是当变频器本身硬件损坏到无法发出故障信息时，仅使用变频器的自诊断信息做故障判断是不够的。在把故障信息发给PLC控制系统的同时，也需要同时将变频器实际工作状态发给PLC控制系统，由PLC将两个条件综合处理可以较完善地判定变频器的实际状态，但是PLC控制软件开发人员往往会忽略变频器的实际工作状态信息，并未把实际状态作为故障判断的依据，因此造成在故障判断逻辑上出

12、现遗漏。3.3时间监控与动作计时功能的独立性在自动控制方面，往往对某一动作的时间需要精确监控，以满足整个系统运行的时间需求，也称之为动作计时。同时在故障处理机制方面，故障处理从大方向分为两个部分，一个是对可以明确探知的故障采取直接处理的方法；另一个是针对无法明确探知的故障，综合采用时间监控的方法，即在规定的时间内不能完成某一预定的动作，则视为故障，在发生这一故障时系统也将进入故障处理机制，俗称“时间狗”。这两个功能在软件设计时有时由于功能相近，可能会被混在一起设计使用，但是两者之间是有区别的，动作计时的触发点是在实际动作开始时开始计算时间，而时间监控的触发点是在动作指令发出时开始计算时间，因此

13、，如果两者没有严格区分开的话，在出现上述未知的变频器故障时，因为不会触发实际动作，所以导致规定动作不能开始，从而时间监控触发器也不会触发，导致时间监控失效，出现死锁状态。4故障处理及应对措施根据以上故障，故障处理主要从以下三个方面进行。4.1硬件组态方面错误在系统设计阶段，必须保证硬件组态中对变频器参数长度，接口的定义，输出/输入字段的地址、长度、控制字和状态字的规范的定义必须与实际的PLC控制程序以及相关的变频器控制程序中的定义保持一致，如果在系统设计阶段未发现这一问题，而在调试阶段发现这一问题，则需要将组态数据修正，同时修改所有涉及到的相关程序，保证地址参数等能正常传递。上述实例中所描述的

14、故障修改后的框图如图3所示。4.2变频器故障状态逻辑缺陷针对变频器故障判断存在逻辑缺陷的状况，如果在调试阶段发现这一问题，可将变频器的实际工作状态和变频器故障检测结果一起综合作为故障判定的条件，避免了变频器因为自身故障而无法发出或者诊测不到自身故障时导致系统出现故障判定遗漏，从而使一系列控制失效。对原来结构不做改动，采用增加补丁程序的方法，采集变频器程序传递出来的实际工作状态，经过综合逻辑判断对变频器的实际状态进行全面监控，同时对相关程序进行调整，可保证系统满足设计功能，修正方法如图4所示。4.3动作计时与时间监控功能混杂导致时间监控失效针对时间监控失效的处理方法比较方便，首先将两者功能分开，

15、然后注意将时间监控触发逻辑从实际动作开始计时修改为实际动作指令发出时开始计时，从而保证在因未明确原因导致不能有效动作时，系统能进行相关的处理，防止系统死锁。PLC程 序 接 收正确组态Rail Transit轨道交通85交通标准化5结语针对PLC-变频器组成的运动控制系统在实际使用中出现的问题进行分析，找出PLC和变频器运动控制配合的系统在系统设计时容易出现并且容易忽略的实际问题，例如各层次软件的配合协作、时间狗的潜在逻辑缺陷导致失效死锁等，同时针对每个问题进行详细的分析，并对相应的问题找出切实有效的解决办法，在同类型结构的控制系统的故障处理中，具有一定的借鉴意义。基金项目：国家科技部“十一五

16、”科技支撑计划项目（2007BAG02A03）作者简介：胡刚（1949），男，上海人，副总工程师，教授 级 高 工，研 究 方 向 为 高 速 磁 浮 列 车 运 行 维 护；吕 卿（1975），男，陕西人，学士，上海磁浮交通发展有限公司运行维护工程师。收稿日期：2010-11-221引言目前，伴随城市交通环境压力的增大以及地下空间技术的不断发展，城市地铁修建已经在全国各大城市广泛开展。盾构隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，广泛应用于地铁隧道施工中。然而，隧道开挖必然会打破原有

17、土层的应力平衡，土体在隧道开挖瞬间的应力释放会对周围土体产生较大的影响1。地表的下降可能导致隧道开挖周围地表局部塌陷，对周围建筑物产生结构应力损伤。因此，研究盾构隧道施工对周围土体的影响变得尤为重要。2盾构隧道施工及衬砌支护原理盾构机在施工中，引起周围岩土力学性质的变化主要分以下几个阶段：沈阳地铁盾构施工对围岩稳定性影响的数 值 分 析张存浩，商拥辉（北京赛瑞斯国际工程咨询有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳110013）摘要：基于多年对盾构施工技术的研究，同时结合沈阳地铁二号线松陵区间盾构施工工程实例，阐述土压平衡盾构机施工对周围土体扰动的影响程度，可为类似工程参考和借鉴。关键词：初始应力；围岩；

18、稳定性中图分类号：U451.2文献标识码：A文章编号：1002-4786（2011）16-0086-03Numerical Analysis on Influence of Shield Construction of ShenyangMetro on Stability of Surrounding RockZHANG Cun-hao,SHANG Yong-hui（Beijing Sairui Si International Engineering Consulting Co.,Ltd.,Shenyang Branch,Shenyang 110013,China）Abstract：Base

19、d on the study of shield construction technology,and combined with the shield constructionproject of Songling Interval in Shenyang Metro Line 2,it describes the influence degree of earth pressure balanceshield construction on the disturbance of surrounding soil,which can provide reference for similar projects.Key words：initial stress;surrounding rock;stability!轨道交通Rail Transit86