基于PLC的设备状态检测技术研究与应用

基于 PLC的设备状态检测技术研究与应用

李豪 许辉

河南中烟工业有限责任公司 河南洛阳 471000

摘要：对设备的状态监测与故障诊断技术是现在设备管理的一个重点内容，也是现在设备管理的一个重要发展研究方向。通过对设备状态的监测与故障诊断技术研究，对设备可能要发生的故障进行预报、分析和判断，确定故障的性质、类别、程度、原因和部位，预测设备状态的变化趋势，提出控制故障继续发展和消除故障的调整、维修的对策措施，为设备维修提供正确的技术支持，从而达到降低设备故障发生几率或减少故障损失影响的目的。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的可编程逻辑控制器，已经被广泛应用于各类工业生产现场控制。大量的设备状态、参数采集到PLC系统，通过对采集到PLC系统的信号、参数编制程序进行逻辑分析和判断，可以有效判断出现场设备、工艺处于的状态，对于异常信号、状态及时输出报警信息和采取可靠的安全停车方式，可以有效杜绝生产、设备甚至间接引发的安全事故，减少事故损失。

关键词：PLC；设备状态检测技术；应用

1可编程逻辑控制器技术简要分析

在其运行过程中可以实现信息运算、控制以及记录等功能。并且PLC可编程逻辑控制器具有体积小、使用便捷的特点，所以PLC可编辑逻辑控制器的功能特点以及结构特点都非常适合应用于电气工程。随着现代社会发展的对电力资源的使用有了更多的需求，电力生产对电力工程的建设也有更高的要求，要求电气工程中开始应用PLC技术，通过PLC技术的应用可以完成电气工程的自动化串联，主要是应用PLC技术实现对电气工程的综合应用控制，实现整个电气工程的自动化升级。

2对PLC控制系统自身设备状态与故障的诊断方法

2.1对PLC系统电源状态的诊断

对PLC电源的供电状态检测，尤其是对不具备设备状态自诊断采集技术的PLC系统显得尤为重要。一旦出现控制系统、信号模块异常失电不能及时被检测出和报警，导致设备安全联锁信号失效，不能有效反映出现场设备实际状态（位置），将导致设备损坏，甚至造成生产、安全事故等严重后果。因此，通过提高对PLC控制系统供电的检测，可有效控制系统的本质安全可靠性。具有电源电压、电流采集条件的可以将电流电压信号采集到PLC系统，实时与正常参数、状态进行比对，发现异常及时进行发出报警信息，通知维护人员进行检查和确认、维修。不具备电压、电流采集条件的，可以采用采集断路器辅助触点信号、在供电电源测加装继电器采集供电状态信号、或直接将模块供电电源并入一个输入通道进行电源检测。

2.2对PLC系统通讯、设备状态的自诊断技术应用

利用PLC系统自诊断技术，通过读取指令读取处理器状态、I/O模块状态、通讯状态等设备状态字（故障信息），对相应故障代码进行分析编码，采集到上位监控画面进行显示和报警。

3对被控设备状态、信号的诊断方法

3.1对开关量信号的诊断技术

开关量信号的诊断技术主要是通过对开关量信号的逻辑变化进行分析判断，应用的主要方法有逻辑变化报警、同逻辑报警、信号闪烁报警、延（限）时报警等。（1）逻辑变化报警：对于设备当正常处于开（运行）或关（停止）状态的设备，当出现关（停止）或开（运行）逻辑变化时，可以采用逻辑变化报警方式实现设备状态报警和安全停车。（2）同逻辑报警：对于接近开关、接触器等同时具备常开、闭触点的设备。将设备正常两个异或逻辑信号进行逻辑对比，当出现同逻辑信号时，说明该设备信号出现断线或失电、短路等异常状态，发出报警。（3）信号闪烁报警：对于信号变化相对稳定，正常不会出现快速逻辑变化的设备，可以采取单位时间内I/O信号变化频率（次数）来进行状态检测和预警。（4）延（限）时报警：对于运行时间相对稳定的设备（比如阀门开闭时间、设备行程时间等），可采取对输出信号进行计时，当实际运行时间超过设定的工艺设备正常的运行时间进行报警和采取安全停车措施。

3.2对模拟量信号的诊断技术

模拟量信号的诊断技术主要是通过对模拟量信号的幅值和变化率进行分析判断，应用的主要方法有超范围（限值）报警、超变化率报警、迭代法智能判定、关联参数综合判断等。（1）超范围（限值）报警：根据设备工艺实际，设定报警参数值，当信号超出报警值时及时报警，上述方法常用于设备、工艺参数中的温度、压力、流量、电流、电压、振动等参数的监控报警。（2）超变化率报警：根据设备、生产工艺实际工况变化情况，通过单位时间内信号的变化幅度与时间的比值计算单位时间信号变化率，当信号变化率超出正常设定值时进行报警。比如，断线、短路造成的信号突变就可以通过上述方式进行判断和预警。（3）迭代法智能分析判定：对设备相对比较稳定的振动、温度等参数，可以通过叠带算法连续记录修正正常的设备、工艺参数数值，使设备正常参数值更加符合现场实际，当瞬时参数超过正产参数一定范围时，进行报警。（4）关联参数综合分析判断：利用与设备有关的运行停止状态信号，压力、流量、温度等运行参数，结合设备和生产工艺特性，根据不同生产设备分类建立运算数据模型，通过数据运算综合分析判断设备、生产的运行状态变化趋势，从而预测出生产、设备的异常故障时间，发出预警信息，提醒相关人员提前采取措施，从而杜绝生产、设备事故故障。

4设备状态报警信息的展示

PLC将采集到的设备状态、参数通过逻辑与数学运算，判断出设备异常信息。将故障信息编码建立一种可以表征故障诊断数据库。通过人机交互系统以监控画面、报警信息列表、趋势图标等形式向操作、维护人员展示设备、生产运行状态及异常预警信息，提醒和指导操作、维护人员及时采取应对措施，及时消除生产、设备隐患，确保系统的稳定运行，降低事故发生几率、事故造成的损失以及事故处理时间。多PLC控制系统形成的工业环网网络设备状态监控画面，将各控制系统处理器以及远程站点模块的状态在网络结构中进行显示。当任一站点设备出现故障时，在监控图中就能够马上反映出来，并且进行报警。维护人员通过告警信息就能准确的判断出和处理掉故障点。

5优越性分析

与专业设备状态检测系统相比，基于PLC的设备状态检测和故障自诊断技术，只需在原有PLC控制系统中进行完善就可实现，即可有效利用原有系统已采集到的各种设备、工艺参数、信号实现对设备状态的检测、报警，又可避免采用专业设备状态检测费用高昂、应用场景局限的缺陷，还因实施方便灵活可广泛应用于各种应用场所，对已实现PLC系统控制的工业场所设备状态检测改造实施具有借鉴价值。

6结语

设备的维护管理在现代企业管理中越来越重要，研究和应用新的状态监测和故障诊断技术提高和完善了现代设备的管理水平，尤其在设备装置生产效率方面取得了明显的效果，在近年有了很大的进步。基于PLC的设备状态检测和故障自诊断技术，只需要在原有PLC控制系统中进行完善就可实现，具有投入费用少、易操作、应用范围广等特点，已经在各生产控制系统得到普遍应用，对日常设备管理维护起到有力支撑，取得良好效果，具有很高的推广使用价值。

参考文献

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