一种能够检测布尔量跳变的装置

一种能够检测布尔量跳变的装置

冉宝新

河北白沙烟草有限责任公司 河北省石家庄市 052165

摘要

可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PC或PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

目前石家庄烟厂采用西门子S7-300、S7-400、S7-1500可编程控制器。其在制丝车间的叶片段、叶丝段、掺配段、梗线、贮丝段等都设定了主站PLC，并通过PROFINET工业以太网，采用远程主分站模式，在各段的主站下设立分站，主站与主战之间通过光纤连接，主站和分站之间通过工业双绞线连接。

布尔量（Boolean Variable）： 是有两种逻辑状态的变量，它包含两个值：真（1）和假（0）。如果在表达式中使用了布尔型变量，那么将根据变量值的真假而赋予整型值1或0。布尔型变量在运行时通常用做标志，比如进行逻辑测试以改变程序流程。

布尔量跳变：指布尔量的值发生改变（由“1”变为“0”或由“0”变为“1”）

布尔量作为一种基础变量在我车间大量使用，其在顺序控制语言中其着重要作用。

二、故障现象：

当作为逻辑条件的布尔型变量值瞬间发生跳变时，输出点的结果也将随之改变。我车间曾多次发生因布尔量瞬间跳变导致的故障。

例子：薄板烘丝机生产中滚筒突然停车，查无报警，检查设备未发现明显异常。重新启动后设备正常。但在随后的几天内停车现象接连发生。维修人员便开始通过程序逐步查找控制条件，

控制滚筒启动的条件“烘丝机准备好”由许多布尔量控制，因此怀疑故障是由于某一个或多个布尔量发生跳变导致控制条件不满足。但中间涉及到的布尔量非常多，且布尔量的跳变是在瞬间完成的，因此逐一在线排查非常困难。若要在线监控，则必须有专门的维修人员一直使用Step7软件在线跟踪，将浪费大量人力物力。

三、解决方案：

小组通过调研分析，研制出一套针对布尔量跳变进行监控的装置，其控制流程如下：

首先，在S7-400PLC中编制一套梯形图程序。

（一）在PLC程序中做一个标准功能块FB1300：

其分为输入端和输出端，输入端由“fault_input”（布尔量输入）和“reset”（复位） 组成；输出端由“fault_date”（跳变日期）、“fault_time”（跳变时间）、“fault_number”（跳变次数）组成。

（二）编辑FB1300内部程序

其功能概述：

在FB1300块的“fault_input”处输入可疑的布尔量，之后经过块内部的程序计算，若布尔量每发生一次跳变，则通过“SFC1”块读当前系统时间集成段“DB1301.datetime”,之后通过“DT_DAT”块和“DT_TOD”块将时间集成段“DB1301.datetime”拆分为可显示的“fault_date”和“fault_time”，用于记录跳变日期和时间；同时通过“ADD_I”和“MOVE”指令使得“fault_number”值在“fault_input”发生跳变时自加一次。跳变日期、时间、次数的数据通过“fault_date”、“fault_time”、“fault_number”管脚向外输出。最终，在FB1300的输出端可以显示此布尔量在一定时期内一共发生了多少次跳变以及每次跳变的日期及时间，从而对故障点进行精确定位。确定故障点后可通过“reset”将“fault_number”、“fault_date”、“fault_time”的数值清零以便下次使用。

其次，将PLC输出的信号分为两个路径处理。

路径一:将PLC输出信号与报警装置连接。

第一步，将输出点“fault_number”信号传给输出模块。

PLC的输出模块是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ON/OFF）负载。每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。我们采用西门子直流24VDO数字量输出模块。其采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的弱电信号输出，以驱动外部继电器的通断电。

第二步，输出模块的信号经继电器连接报警装置。

PLC的信号经输出模块转换为直流24V电压信号，输出模块连接一个继电器。继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。通过输出模块的信号变化来控制继电器的通断，进而控制报警装置。每检测到一个输出信号，则警笛接通，进行声光报警。

路径二：将PLC输出信号与触摸屏连接。

将输出信号“fault_number”、“fault_date”、“fault_time”的数据通过工业以太网，并经过X-414、X-208等网络交换机以工业双绞线为介质传输给操作屏，并利用Wonderware公司的Intouch触摸屏软件显示布尔量跳变次数、跳变日期、跳变时间，实现逻辑监控的画面可视化。

四、应用效果：

将影响“烘丝机准备好”的所有布尔量条件逐一在“fault_input”处输入。第二天检查发现，布尔量点“KA3”在“2013-5-21 15:06:10”时发生了一次跳变：

查图纸找到布尔量“KA3”，查其为滚筒后室东侧处光电顶起到位检测开关，检查此开关，发现其线头接触松，更换开关后开车正常，并且再无故障发生。

五、总结：

布尔量跳变故障往往是布尔量值在瞬间完成跳变是的（如开关接触虚、辅助触点松动、网络瞬间干扰等），断流停车后靠人工再检查设备通常很难发现故障点。而在程序中在线监控，由于布尔量瞬间跳变后已恢复原值，因此此时无法查看到故障现象。继续启动设备，设备运行正常。但由于故障没有消除，继续生产过程中故障会毫无规律的出现，继而造成多次停机断流的情况。通过使用此装置，可以通过程序的处理在第一时间发现跳变故障，并在触摸屏中查找故障源等信息，从而可以对故障点进行精确定位，缩短维修时间，减少维修强度。此标装置使用简单，只需在程序中的输入管脚“fault_input”处输入可疑的布尔变量，之后只要报警器发生声光报警，便可在触摸屏检查“fault_date”、 “fault_time”、“fault_number”的相关数据。该装置无需维修人员长时间于现场在线监控程序，使得布尔量的检测更为直观，具有定位准确、灵活方便等特点，适用于对任何形式的布尔量进行检测，具有推广价值。目前已在石家庄卷烟厂各电控段进行使用，。