隨著計算機技術、信息網絡技術以及觸摸式電腦屏人機界面控制技術的迅猛發展,在印刷包裝設備上正獲得廣泛應用。使印刷機的智能化、網絡化、自動化控制更加先進和更加完善,印刷速度和套準精度愈來愈高。國外的印刷機械已經將 PLC 可編程序控制器作為標準配置,而國內還有 1/3 的印刷機械在使用繼電器控制。陜西北人印機公司所生產的四大系列上百個高檔印包設備,則全部采用了這一系統。PLC英文全稱 Programmable Logic Controller,中文全稱為可編程邏輯控制器,含義是:一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執行邏輯運算,順序控制,定時、計數與算術操作等面向用戶的指令, 并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。 因其控制方便、功能強大、可靠性高等特點,PLC 在機組式印刷機上得到了廣泛的應用。組合控制層將整個 PLC網絡通過 A-davnt Fieldbus 連成局域網絡,并在主控計算機的控制下實現共享網絡數據庫,完成印刷過程的控制和管理。生產信息管理層則完成產品規劃、生產準備、工作編排、系統運行參數的預置以及打印出生產過程的數據報表等等。
筆者從事印刷機電氣設計工作 8 年時間,遇到了許多關于 PLC 的問題。個人認為 PLC 系統是安全可靠的,之所以出現各種各樣的故障、問題,人為因素在其中起了主要作用,現將碰到的問題作一整理,愿獻給長年伏案工作的設計人員和在生產一線的印刷機使用、維修師傅以借鑒、參考。在機組式凹版印刷機上應用廣泛的是模塊式 PLC,主要包括底板(有些是連接器式)、電源、CPU、數字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊等。構成系統的每個部分都可能出現故障、問題,下面通過舉例說明一些 PLC 系統常見的故障和排除方法。
例 1:某客戶使用了 4 年的設備,主機突然無法啟動,經檢查控制主機啟動的繼電器不工作,PLC 對應點沒有輸出。現場用同型號的模塊進行互換,依然沒有輸出,基本可以判定是底板問題,更換底板后正常。底板是鏈接 CPU和模塊之間的通道,有時會產生個別點無輸出或輸入的現象。
例 2:某設備運行中突然斷電,PLC 指示燈全部熄滅。停電后檢查 PLC 的電源模塊內部有燒壞痕跡,更換后正常。PLC 的電源模塊一般功率都不大,模塊產生的直流 24V的供電輸出,一般只用于自身的輸入模塊使用, 不能當 24V電源使用, 否則長時間使用會損壞電源模塊, 引起停機。 CPU 模塊是 PLC 的核心部分,設備所有程序的運算和存儲都在此模塊里。一般模塊的正面都有指示燈和撥檔開關,指示燈用來指示 PLC 的工作狀態,常見的有運行指示、停止(或編程狀態)指示、故障錯誤指示、電池指示等。撥檔開關可以人為調整 PLC 的工作狀態。CPU 模塊內部有程序運算的處理器,存儲卡,電池等。
例 3:某用戶設備停機,柜內電氣柜內 PLC輸入指示燈亮,但是沒有任何輸出動作,維修電工由于接觸 PLC 系統不多,不敢處理問題,致使設備處于停用狀態。我去現場維修,發現僅僅是由于 PLC 的撥檔開關處于 STOP 檔位,檢查外部無故障,將撥檔撥到運行(RUN)檔位,一切正常。因此在使用 PLC 的設備上, 應注意觀察 PLC 上各種指示燈和開關的狀態, 這樣能很快判斷出 PLC的工作狀態,也可以順利排除故障,避免因停產造成的損失。
例 4:關于存儲卡。存儲卡是具有記憶功能的半導體電路,分為系統程序存儲器和用戶存儲器。系統程序存儲器:用以存放系統程序,包括管理程序、監控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM 組成。屬廠家使用的,內容不可更改,斷電不消失。用戶存儲器:分為用戶程序存儲區和工作數據存儲區。由隨機存取存儲器(RAM)組成。供用戶使用。 斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源,壽命一般為 3 年~5年。現在的 PLC 多數都帶存儲卡設備,可以方便地存儲程序、工藝數據等,可以方便地對程序復位和拷貝。這里設計工程師要注意的是,如果設備有工藝數據,那么一定要在設備調試好后,將 PLC 里的數據上載到筆記本做備份。針對同型號不同設備工藝數據不一樣的情況,工程師上載數據后應再次將數據下載到存儲卡里,防止客戶因特殊原因對 PLC 進行復位操作,使調試好的數據丟失。 電池是 PLC 系統中不起眼的一個部件,很少有人注意它。目前配備了外置存儲卡的 PLC 系統,因為程序和數據已經固化,即使電池出現故障,更換電池后,對 PLC 進行復位操作程序可以重新覆蓋內存,不會影響設備使用。需要注意的是,使用早期 PLC 設備的用戶,早期的 PLC存儲設備都是靠電池供電保持程序的存在。
例 5:國內兩家企業花上千萬元采購了國外的二手印刷設備,在國外驗收時,設備使用正常,后經過搬遷,重新安裝好后,一臺設備加熱不正常,一臺不能啟動。經過檢查,第一臺是因為控制加熱的 PID參數丟失,第二臺設備直接就沒有了程序。參數丟失可以通過摸索,輸入估計的參數,慢慢調試,損失不大。程序丟失的設備就麻煩了,因為是二手,最初的調試工程師不好找到,即使找到,開出的維修費用往往也是天價。后來沒辦法只能從國內找行業的制造企業對設備的控制系統進行改造。 這些都是一塊小小電池引起的巨大損失。早期的 PLC都不帶存儲卡,程序直接存在內存里。而 PLC 電池都采用鋰電池,帶自充電功能,因為使用時間長了,電池的電量不是很充足設備在國外時,經常開機,電池可以充電滿足工作需求,后來在搬遷和安裝的過程中,沒有人注意到電池問題,PLC 長時間處于斷電狀態,電池電量耗盡,引起程序丟失。因此提醒國內企業,在采購選用國外設備時,一定要注意 PLC 的電池問題。搬遷、安裝時,應提前更換電池,或者將 PLC系統拆下,單獨經常供電,保證設備程序的安全。 PIC 上的數字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊都是 PLC 的動作執行元件,一般出現問題后,可以通過同型號同規格的互換來判斷和排除故障。我這里主要說一下模塊對系統的影響。
例 6:某用戶設備的 PLC 故障(error)指示燈亮,用戶以為是程序故障,要將 CPU模塊發回重新灌程序,檢查原始程序,并沒有錯誤。做試驗時發現 CPU 模塊也會報警,因為試驗平臺針對此系統的模塊不是很全面,懷疑是底板上模塊數量規格不正確造成的,相對于用戶而言,可能產生的故障就是模塊接觸不良。通過電話告知用戶將 PLC 系統的模塊重新拆下再安裝牢固,開機后恢復正常。每個 PLC 系統建立時,對輸入輸出模塊的地址都做出了嚴格的定義,甚至對模塊的型號、規格都嚴格定義。系統運行時,CPU會對各個地址的的模塊進行檢測,如果私自對模塊進行掉換和替代,或者因為松動等原因造成模塊接觸不良,都會使 CPU 檢測不到模塊,產生故障。例 6 中,因為模塊接觸不良,造成 CPU檢測不到當前地址的模塊;產生了故障報警。
綜上所述,PLC 系統其自身是可靠的,出現故障多數是人為使用和維護不當產生的,通過對PLC 一些故障的分析和認識, 可促進對 PLC 系統的開發和運用, 使之更好地為印刷包裝設備服務。
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本文標題:基于印刷包裝設備的PLC系統常見故障分析
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