天然气压缩机组PLC控制系统的故障诊断与排除方法

孙志琛，谭丽

(库尔勒中加天然气压缩机技术装备有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)

天然气压缩机组PLC控制系统的故障诊断与排除方法

孙志琛，谭丽

(库尔勒中加天然气压缩机技术装备有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)

针对油田现场使用的天然气压缩机组中PLC(可编程控制器)控制系统出现的各种故障，从软件和硬件2个方面入手对其进行了诊断，具体分析了故障现象与故障产生的原因，并提出了详细的故障排除方法，旨在为油田增压站天然气压缩机组正常运行提供保障。

油气田；增压设备；天然气压缩机；PLC(可编程控制器)；故障；排除

从油田现场增压站调查分析来看，天然气压缩机组PLC(可编程控制器)控制系统的故障大致分为CPU单元故障(5%)、I/O单元故障(15%)、系统布线故障(5%)、输出设备故障(30%)和输入设备故障(45%)这5类。在PLC本身的故障(CPU单元故障和I/O单元故障)中，大多数是由恶劣环境造成的；而余下的则是用户使用不当造成的。因此，对于操作PLC的人员来说，掌握诊断故障的技能和排除故障的方法非常必要。下面，笔者根据压缩机自动控制原理[1，2]，从软件和硬件2个方面对Allen Bradley PLC控制系统的故障进行诊断与排除。

1 软件故障诊断与排除方法

1.1 停机

1)CPU异常报警而停机。CPU异常报警时，应检查CPU单元连接于内部总线上的所有器件。

2)存储器异常报警而停机。存储器异常报警时，如果重新编程后故障现象反复出现，则可能是噪声干扰引起程序的变化；否则就是存储器损坏，应更换存储器。

3)输入/输出异常、扩展单元异常报警而停机。发生这类报警时，应首先检查输入/输出单元和扩展单元连接器的插入状态、电缆连接状态，确定故障发生在某单元之后，再更换单元。

1.2 程序不执行

对于不执行程序，一般情况下可依照输入→程序执行→输出的步骤进行检查。

1)输入检查是利用输入LED指示灯识别，或用写入器构成的输入监视器检查。当输入LED不亮时，可初步确定是外部输入系统故障，再配合万用表检查。如果测出电压不正常，就可确定是输入单元故障。当LED是亮的而内部监视器无显示时，则可认为是输入单元、CPU单元或扩展单元的故障。

2)程序执行检查是通过写入器上的监视器检查。当梯形图的接点状态与结果不一致时，则是程序错误(例如内部继电器双重使用等)，或是PLC内部的运算部分出现故障。

3)输出检查可用输出LED指示灯识别。当运算结果正确而输出LED指示错误时，则可认为是CPU单元、I/O接口单元的故障。当输出LED是亮的而无输出，则可判断是输出单元故障，或是外部负载系统出现了故障。

1.3 程序内容变化

当电源短时掉电，程序内容会消失。这时除了检查电池外，还要进行下述检查：

1)通过反复通断PLC本身电源来检查。为使微处理器正确启动，PLC中设有初始复位电路和电源断开时的保存程序电路，这种电路发生故障时，就不能保存程序。所以可用电源的通断进行检查。

2)如果在更换电池后仍然出现电池异常报警，就可判定是存储器或是外部回路的漏电流异常增大所致。

3)电源的通断总是与机械系统同步发生，这时可检查机械系统产生的噪声影响。因为电源的断开是常与机械系统运行同时发生的故障，绝大部分是电机或线圈所产生的强噪声所致。

2 硬件故障诊断与排除方法

PLC硬件故障与所选用机种及工作环境关系很大，当系统发生故障时，正确区分是硬件还是软件故障是很重要的[3～5]。

2.1 故障种类

按照PLC控制系统的硬件结构，列出了故障种类、故障现象及其产生的可能原因，如表1所示。

表1 PLC硬件故障种类

2.2 故障诊断方法

1)发生异常时的识别。发生故障时，为了迅速查出故障原因并予以及时处理，在切断电源和复位之前，必须识别以下2点：一是机械动作状态，向运行人员了解故障发生时机械部件的运行情况；二是观察PLC显示内容，观察电源、RUN、输入输出指示灯，检查PLC自诊断结果的显示内容。

2)异常状态的识别。为了识别异常状态如何变化，可将开关从“RUN”位置切换至“STOP”位置，经短暂复位再切换至“RUN”位置开关或保持在“RUN”位置不变，切除PLC电源后再投入运行。经过上述操作后，如果PLC返回初始状态并能正常运转，就可判定不是PLC硬件故障或软件异常，而是外部原因所致，如噪声干扰、电源异常等。

3)判断是否硬件故障。PLC硬件故障具有持续性和重复性。其判断方法是切断后再接通PLC电源或复位操作，通过几次重复试验都发生了相同的故障，则可判定是PLC本身的硬件故障。经过上述操作后，如果故障不能再现，就说明是外部环境干扰或瞬时停电所致。

4)判断是否程序错误。PLC程序错误引起的故障具有再现性。

5)判断是否外部原因。PLC控制系统发生异常时，一般容易引起怀疑的可能是PLC本身出了问题。主要检查的项目如下：①检查输入/输出设备状态。安装不当、调整不良及行程开关等的触点接触不良，在运行初期很难发现，运行一段时间后才能暴露出问题。②检查配线。输入/输出配线有可能断路、短路、接地，也可能与其他导线相碰等。以上2种情况的故障是断续性的，容易查找。③噪声、浪涌。在特定机械运转或与其他设备同步运转过程中出现的故障，应在PLC外部采取抗干扰措施。④电源异常。电源电压过高或过低、临时停电、瞬时停电、供电系统上的噪声源等。

6)故障的产生与外部工作同步。判断噪声、瞬时停电等外部原因最有效的方法，就是了解PLC之外生产设备的工作状态，分析故障现象是否与外部工作状态同步。若故障现象与被控对象的特定状态同步发生，说明该故障与被控对象有关。另外故障现象也会与其他生产设备和特定状态同步发生。

2.3 故障排除

1)CPU内部故障诊断及处理见表2。

表2 CPU内部故障原因分析与处理方法

2)输入单元的故障诊断及处理见表3。

3)输出单元的故障诊断及处理见表4。

3 结语

采用Allen Bradley PLC设计天然气压缩机控制系统时，与继电器控制系统相比，安装简单，维护工作量小，可靠性高；与DCS控制系统[6]相比，投资省，开关量处理与逻辑顺序控制更具优势；还可以与工业以太网或现场总线互联，提高生产水平。在进行控制系统设计时，应当充分理解生产工艺流程，全面考虑不确定因素的影响。此外，还要注意PLC抗干扰解决方案，应使用独立电源供电，防止其他信号造成的干扰，导致PLC故障。

表3 输入单元故障原因及维修方法

表4 输出单元故障原因分析及维修方法

[1]赵旭民，秋卫平. 离心压缩机自动控制系统的设计和应用[J].测控技术，2000，19(3)：25～27.

[2] 戴金龙. 离心式压缩机的调节控制系统[J].风机技术,2002，10(6):34～35.

[3] 彭晖,严飞.原料气压缩机PLC监控系统故障分析及处理[J].天然气与石油,2005,23(5):41～42.

[4] 张树伟. 简议合成气压缩机PLC监控系统故障分析及处理[J].科技资讯,2008(16):97.

[5] 彭晖,杨媚，钟凡，等.合成气压缩机PLC监控系统故障分析及处理[J].石油与天然气化工,2006,35(6): 434～435.

[6] 何才志，陈新萍，李德湘,等. 富气压缩机PLC与DCS通信故障的处理[J]. 自动化仪表,2004,25(3): 69～70.

[编辑] 洪云飞

2016-07-19

国家科技重大专项(2011ZX05055)。

孙志琛(1986-)，男，助理工程师，现主要从事天然气压缩机组电气及自动化设计、配套、制造方面的研究工作：E-mail:sunzc0606@126.com。

TE974.07

A

1673-1409(2016)31-0054-04

[引著格式]孙志琛，谭丽.天然气压缩机组PLC控制系统的故障诊断与排除方法[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(31)：54～57.