摘要  九南钢烧结采用的西门子PLC控制系统在生产中发生故障的规律进行了分析和统计，以期对PLC过程控制系统的设计和日常维护有所帮助。

                                          关键词  PLC控制系统  故障 处理

1  前言   烧结生产控制系统故障一般是指整个生产控制系统失效的总和，可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。

2         系统的故障统计及分析处理

2.1 我厂烧结过程控制系统简介

   2000年，该系统改造时采用了西门子SP300系列PLC为核心组成的PLC过程控制系统。系统配置如图1。

2.2系统故障数据统计

   该系统运行近6年来，PLC故障统计列于表1，现场控制设备故障统计列于表2。

表1  PLC故障统计（次）

 

表2  现场控制设备故障统计（次）

 

   由表可知，系统故障共计252次，其中PLC的故障比例约为4.7%，现场部分故障比例约为95.3%。对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑到该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲，PLC部分的故障比例约为5%，现场控制设备的故障比例约为95%。

2.3 系统故障分析及处理

2.3. 1   PLC主机系统

PLC主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统。电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络则受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的最大原因之一。系统总线的损坏主要是由于现在的PLC多位插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、接触点氧化等都是系统总线损耗的原因。所以，在系统设计和处理系统故障时，要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板供电、CPU模块制造工艺水平有关。而PLC的中央处理器目前都是采用高性能的处理芯片，故障率已大大下降。

对于PLC主机系统故障的预防及处理，主要是提高集中控制时的管理水平，加强降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时系统维修时，严格按照操作规程进行，谨防人为因素对主机系统造成损害。

2.3.2  PLC的I/O端口

   PLC最大的薄弱环节在I/O端口，其技术关键也在于I/O端口。在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I/O模块的故障，就要减少各种外部干扰的影响。首先，必须按照其使用要求正确使用，不可随意减少其外部保护设备；其次，通过分析找出主要干扰因素，对主要干扰源进行隔离或处理。

2.3.3  现场控制设备

   在整个过程控制系统中，绝大部分故障点都在现场。表2列出了现场控制设备中最容易发生故障的部位、故障类型及处理方法。

1）       第一类故障点（也是故障最多的地点）在继电器、接触器。如该生产线PLC控制系统的日常维护中，电气设备间消耗量最大的是各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身质量外，就是现场环境比较恶劣，接触器出点易打火或氧化，然后发热变形直至失效。在该生产线上，所有现场控制项都是选用密闭性较好的盘柜，与其他敞开式盘柜相比，盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以，减少此类故障应尽量选用高性能的继电器，改善元器件的使用环境，减少更换频率，以减少其对系统运行的影响。

2）      第二类故障多发点在阀门或闸板这一类设备上。因为这类设备的关键执行部位，相对位移一般较大，或者要经过电器转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板实现位置转换，其机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障；长期使用缺乏维护，机械、电气、失灵也是故障产生的主要原因。因此，在系统运行是要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。

3）       第三类故障点可能发生在开关、极限位置、安全保护和现场操作的一些元件或设备上，其原因可能是长期磨损，也可能是长期不用而腐蚀老化。如炼铁烧结工艺现场粉尘较大，易使接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等，从而导致触电接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理，关键在于定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关，尤其是重型设备上的限位开关，除了定期检修外，还应在设计过程中加入多重保护措施。

4）       第四类故障点可能发生在PLC系统中的一些自设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这些故障产生的原因除了设备本身的制作工艺外，还与安装质量有关。如：有人认为电线和螺钉连接是越压的紧悦好，但在二次维修时就可能导致拆卸困难，大力拆卸则容易造成连接件及其相邻部件受损。长期的打火、锈蚀等，也是造成故障的原因。据我们的经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以，在设备安装和维修过程中，一定要按照安装要求操作，不留设备隐患。

5）       第五类故障点是传感器和仪表，控制系统出现这类故障时，一般反映为信号不正常。预防此类故障的关键是，设备安装时，信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与电力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。

6）       第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声（干扰）。问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。

   要降低故障率，很重要的一点是要重视工艺和安全操作规程，在日常工作中必须严格遵守并执行相关规定，如保持集中控制室的环境等等。同时，还可将执行情况与奖惩制度挂钩，以保障各项规章制度的严格执行。

3         结语

过程控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单独地对某一部分实施优化，有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也曾有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置实现的控制，这就违背了经济、简单、实用的原则，并可能造成故障率增加。这些问题应在系统设计和改造时予以重视。

   通过对我厂烧结PLC控制系统几年来的故障进行统计和分析，找出了故障的频发点和故障原因，并提出了相应的处理和预防措施。希望这些经验能对此类系统的设计和日常维护有所帮助。