浅谈自动化系统故障分析及处理.doc

浅谈自动化系统故障分析与处理
浅谈自动化系统故障分析与处理
摘 要：本文分析了自动化系统的主要故障来源，介绍了故障现象、判断标准及处理方法，阐述了远程维护诊断系统在保证自动化系统稳定运行中的重要作用，并通过典型系统进行了具体示例。
关键词：自动化系统　　故障分析　　远程维护诊断
1　自动化系统概述
1.1 自动化系统的重要性
　　随着工业化的发展,自动化系统的重要性日益凸现，尤其是对于一些控制要求复杂、调节精度高、反应速度快、危险性大的应用场合，自动化系统已成为过程或设备的核心，如发电机组、化工生产、钢铁生产、水泥生产、加工制造生产线、数控机床、起重机械、轨道交通等,一旦自动化系统工作异常，轻则质量下降、减产停产,重则引起设备损坏甚至人身事故，因此，保证自动化系统的稳定性、可靠性、安全性,具有显著的经济和社会效益。
1。2 自动化系统的发展
计算机技术、自动化技术、传感器技术、网络通信技术的发展,使自动化系统向数字化、智能化、网络化快速发展，一方面使系统控制性能和功能得到了极大的提高，另一方面也使自动化系统的检修维护工作逐步由简单到复杂，应用的工具由万用表、螺丝刀等变为计算机、示波器,故障的检测和判断必须依靠专用的设备，专业的技术人员，丰富的现场经验才能处理。
２　自动化系统典型故障
2。1　故障描述
典型的自动化系统一般由执行器、传感器、控制器、操作站等部分组成，如图一所示，只有保证系统中组成部件的正常,软硬件协调配合，才能使自动化系统正常工作。
　　　　　　　　　　　　　图一:典型自动化系统配置图
自动化系统的状态可以分为正常态、非正常态、故障态等三种。这三种状态之间的关系如下:
　　　　　　　　　　图二：自动化系统的状态切换图
2.2　故障分类
由于自动化系统的复杂性，难以进行单一故障分类，因此可以将自动化系统的故障类别按不同的方式区分如下：
按故障的起因可分为设计故障和运行故障。
按故障的来源可分为硬件故障和软件故障。
按故障的范围可分为全面故障和局部故障。
按故障的程度可分为严重故障和一般故障.
按故障的性质可分为功能性故障和性能性故障。
按故障的发生频率可分为周期性故障和偶发性故障。
按故障的层次可分为系统层故障和应用层故障。
按故障的表现方式可分为隐形故障和显式故障。
按故障的变化可分为突发式故障和缓变式故障.
2。3　常见处理方案
当自动化系统发生故障时，首先要了解故障的模式,即症状，通过症状来分析故障的机理，也就是诱发故障的原因，最终对症下药，采用合适的处理方法恢复。
自动化系统故障处理流程：
　　　　　　　　图三：自动化系统故障处理流程　
2。4　实例分析
下面以施耐德公司的QUANTUM系列PLC为例说明自动化系统的故障表现及处理方法。
2。4.1　设计故障
任何一种自动化系统都有某些限制，如电源模块容量、CPU内存、通信通道数、IO数量、IO站数量、IO站可配置模块数、IO站输入输出字数、通讯距离等。
实例：一个系统采用140 CPU 434 12冗余配置，单机工作正常，但投入冗余后，监控界面数据刷新速率降低，操作命令执行延迟超过5秒。诊断分析后确定为由于该系统规模较大，140 CPU 434 12在投入冗余后，CPU处理能力下降导致数据通信变慢,在升级为140 CPU 671 60后正常.
2.4。2　冗余故障
一个系统采用140 CPU 534 14冗余配置，投入工作正常，但无规律出现冗余自动相互切换，检查系统正常,后在检查冗余命令字设置时发现使用了缺省值400001，而该字已分配为模拟量输出，当程序运行过程中修改该字时,将可能导致发生切换。修改冗余命令字地址为401500后正常。
2.4。3　背板故障
QUANTUM PLC系统是模块化系统,由电源模块、CPU模块、通讯模块、IO模块等组成，这些模块间的联系靠机架背板总线实现，当背板总线出现故障时,将导致机架上某个或某些槽位功能失效.
实例:一个16槽底板的远程站，IO模块插入某个槽位后，始终不能激活运行指示，更换槽位后正常，最终确认是由于该槽位背板总线异常造成。
2。4.4　干扰故障
有些自动化系统应用场合环境比较恶劣,温差大、粉尘多、振动频繁、电磁干扰强，按照普通的设计方案，可能导致自动化系统运行过程中出现多种不稳定现象。
实例：某输煤程控系统调试过程中经常发生设备不能按要求停止，有时停止命令发出但设备照常运行，反复检查后，发现由于电缆敷设不合理，干扰现象严重，220V的控制电压断开时仍有80V以上，超过了继电器的动作特性曲线,只能通过增加阻容滤波方式来保证设备正常启停。
2.4。5　通讯故障
目前自动化系统的通讯功能越来越强大，现场总线、工业以太网等普遍应用,通过分层、分布架构提升了自动化系统的应用深度，但对于瞬发性的通讯故障检测处理仍没有很好的方法.
实例:某输煤程控系统运行中不定时发生自动跳停故障,在发生故障时，某些远程站的输入信号会丢失状态，检查软硬件没有问题，通过在PLC中增加跟踪程序后发现是由于短暂的通讯中断导致的，采用了信号滤波的方式临时处理，并最终将通讯介质由同轴电缆更换为光缆。
3 自动化系统远程诊断维护
基于现场的故障诊断系统的体系结构相对封闭，故障诊断与维修都会受到人力、技术以及地域的限制，故障诊断的时效性也受到一定的影响。所以，建立远程故障诊断系统已经成为趋势所在.随着网络技术、通讯技术、数据库技术的快速发展，将设备故障诊断技术与计算机网络技术相结合，建立开放式的自动化系统远程故障诊断系统,具有可行性和优越性。
应用远程维护诊断维护系统后，自动化专家可提供实时服务，当问题发生时他们能够预先提醒并协助现场维护人员解决问题，在安全得到保障的情况下，专家还能通过远程控制方式直接处理疑难问题。
利用一个专业化的自动化专业公司与传统的生产企业建立持久的服务关系,用户可以减少维护人员、降低储存备品备件，平时由专业公司进行定期和预测式的保养和维护，一旦发生任何故障，专业公司的技术人员及时通过远程诊断维护系统提供支持，必要时赶到现场进行服务，确保生产企业的正常运行。
4 结论
　　通过对自动化系统常见故障的分析和分类,可以建立故障库，利用故障在线监测、专家诊断系统等技术来准确及时地获取自动化系统的健康度，提供状态报告,并合理制定维修计划，最大限度减少停机维修的时间,并在故障发生之后能够迅速做出反应，低成本高质量地提高自动化系统的可靠性、稳定性,从而保证生产过程和设备的正常运行。
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