摘要：PLC能够为机电设备的故障诊断提供强有力的技术支持，提高机电设备生产效率，确保生产系统的正常运行。针对PLC在机电设备故障诊断中的应用进行了简单分析，提出结合计算机技术和专家知识，可以实现智能化故障诊断。
关键词：PLC；故障诊断；机电设备
1 PLC诊断机电设备故障的基本原理
机电设备的故障信号有开关量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。
1.1基于开关量信号的故障诊断
PLC对开关量信号的识别是通过其开关量输入模块完成的。PLC控制机电设备时，设备中的压力、温度、液位、行程开关及操作按钮等开关量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。输入“位”的工作原理，如图1示。图中，IN代表开关量输入，COM为信号公共端。IN为ON时，光敏三级管饱和导通，否则截止。故PLC的内部电路可以“感知”开关信号的有无。读取PLC输入位的状态值可作为识别开关量故障信号的根据。诊断开关量故障的过程，实质就是将PLC正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果二者比较的结果是一致的，则表明机电设备处于正常工况，不一致则表明对应输入位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于开关量信号故障的基本原理。
图1PLC输入位电路原理图
这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的梯形图编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护机电设备的目的。
1.2基于模拟量信号的故障诊断
PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自传感器或信号发生器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统允许的极限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离极限值，则表明机电设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可精确设置该极限值。当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的结果，并据此实现对机电设备的控制。
1.3基于中断方式的故障诊断
PLC的中断方式有：（1）输入中断。开关量模块的输入位由OFF变为ON时，由PLC的CPU执行的中断。（2）间隔定时器中断。由一定精度的间隔定时器启动执行的中断。（3）高速计数器中断。根据PLC内装的高速计数器的当前值执行的中断。其中，输入中断特别适合于机电设备的故障诊断。它对应于工业计算机的硬中断，属于外部中断，但PLC的输入中断可用PLC的外部指令来屏蔽。将机电设备的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中去，即可方便地对故障进行处理。它与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之处在于：采用输入中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输入和内部逻辑处理故障时，PLC的主程序仍处于运行状态。因此，要根据故障对机电设备的影响程度选择合适的故障诊断方式。PLC的输入中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。
2智能化故障诊断的实现方式
智能化故障诊断的实现方式主要依据计算机和PLC技术，同时为了提高故障诊断的效率可以应用专家知识。基于专家知识的故障诊断是目前重要的研究发展方向。PLC技术虽然具有很多优点，但是对于专家知识的获取和储备功能还没有得到有效的完善，因此需要将PLC技术和计算机相结合实现智能化故障诊断。网络技术和通讯技术将PLC和计算机技术连接成的网络故障诊断硬件系统如图2所示。
图2网络故障诊断硬件系统
PLC和计算机构成的诊断网络中PLC技术能够实现多台设备控制的功能，同时也能将专家知识进行储存，完成复杂数据处理。PLC在连接过程中可以形成两种形式的连接，一种是PLC输入和输出口与计算机连接，另一种是PLC通讯口与计算机进行连接。这两种方式能够接收到控制信号和故障信号，并且PLC可以通过2个以上通讯口所传递的故障信号。图2形成的故障诊断系统中的PLC和计算机技术各自具有不同的功能，PLC技术在故障诊断过程中可以处理一些比较复杂的数据，能够实现对故障严重设备进行保护等，然后将检测到的故障信息通过通讯口和输出端，借用专家知识进行分析和确定。随着科学技术的不断推进和发展，机电设备智能化故障诊断技术将是未来工业设备诊断发展的必然趋势。
3 PLC技术故障诊断应注意的问题
首先是系统运行过程中要根据实际情况，设定信号的预定时间和输出控制报警，保证诊断结果的准确性。机电设备故障诊断过程中一般都是将故障信息转化为一种信号，然后再输入到PLC进行编程。但是在信号采集过程中必须要选择比较合理的信号采集方式，保证信号采集的科学性和有效性，避免出现故障信号采集误差。在故障诊断过程中应该注意测试之前，系统的运行状态是否良好。测试到的结果中如果有不合格的，要重新运行故障诊断系统。如果在测试过程中出现严重的故障，需要测试系统退出测试过程，这时要利用PLC技术通过通讯口和上位机输入和输出进行故障诊断信息的传递，然后在显示屏上就会出现故障诊断的结果和如何进行故障排除的方法建议。
4结束语
目前社会经济的持续发展和科学技术的不断进步，PLC技术已经在各工业领域中被普遍应用。在机电设备故障诊断过程中，可以根据系统的不同要求选择比较合理的PLC技术诊断，并且机电设备智能化故障诊断技术在未来诊断系统发展中，PLC技术是重要的基础，具有更为广阔的发展空间。
参考文献：
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[2]杨志平.PLC在机电设备故障诊断中的应用.农业工程，2013，3.05.50-52.
[3]张彩然.PLC在机电设备故障诊断中的应用.科技创新导报，2012.25.73.
论文作者:夏刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：故障诊断论文; 机电设备论文; 信号论文; 故障论文; 极限值论文; 技术论文; 模拟量论文; 《基层建设》2019年第14期论文;