PLC控制系统在机场行李分拣系统中的故障诊断及处理研究

赵维坤　刘欢

摘要：利用PLC控制系统具备的编程简单、通用性强、可靠性强等优势，对PLC控制系统在机场行李分拣系统中的故障诊断及处理进行了研究。通过构建基于PLC控制系统的机场行李分拣框架，利用PLC控制系统对分拣信息的层次划分，识别故障信息，同时做出报警显示。根据行李传送过程中出现的故障和系统自身输入模块故障，提出了对应的处理方法，提高了机场的经济效益。

关键词：PLC控制系统;机场行李分拣系统;故障诊断

0 引言

任何系统设备在运行过程中都会出现故障，在机场行李分拣系统工作过程中，各类设备的运行故障如果无法及时解决，可能会对整个机场的经济效益造成影响，因此设备故障诊断是一项十分重要的研究内容。PLC控制系统具备编程简单、通用性强、稳定性高、结构简单等优势，同时具备对信号数据的实时采集、图像显示以及智能化数据信息处理等功能，因此在各领域中常被用于对现场设备、系统进行监控。基于此，本文结合PLC控制系统对各设备的维护保障条件，对机场行李分拣系统中的故障诊断及处理进行了研究。

1 基于PLC控制系统的机场行李分拣系统故障诊断

1.1    构建基于PLC控制系统的机场行李分拣框架

本文设计的机场行李分拣系统信息采集技术需要应用基于PLC控制系统的机场行李分拣系统信息采集框架，以便实现后续采集服务管理。基于PLC控制系统的机场行李分拣系统信息采集框架是当前分拣信息提取和传输的核心应用框架，其本质是一套完整的数据提取、数据搭配和数据处理集合框架，后续所有的开发任务均离不开当前信息框架。

当机场行李分拣系统出现故障时，采用PLC控制系统在监控程序中的诊断程序对其进行实时监测。当机场行李分拣系统出现故障时，可以利用PLC控制系统的这一功能，及时找出故障点位置、故障部位，从而快速更换备件，恢复系统的正常运行。

1.2    利用PLC控制系统对分拣信息进行层次划分

本文在PLC控制系統中设置一个数据区域，用于对分拣系统的分拣状态进行存储。当分拣系统出现故障时，对应的位置状态应为“1”，当故障问题清除后，该位置状态变为“0”。在PLC中设置一个故障位置，当分拣系统某一处出现故障时，则总故障位置的状态变为“1”，待故障消除后，总故障位置的状态变为“0”。图1为PLC对故障信息诊断的具体流程图。

在分拣系统运行过程中，PLC只对总故障位的状态进行读取，当系统出现故障时，再对整个故障数据区域进行读取，再通过计算，确定故障位置的序号。

根据分拣系统的主要故障表现，PLC对故障信息的层次划分为3个等级：第一等级为系统总故障，第二等级为系统内部设备故障，第三等级为系统内部元器件故障。其中，第三等级中的元器件属于不可分故障，当元器件出现故障时，将第一时间触发第二等级故障，而第二等级故障又将导致包含该设备的运行流程出现故障。第一等级故障是由于分拣系统中的所有设备故障所导致的，假设在机场分拣系统中，共包含两条行李传送线，而各设备故障引发的第一等级故障可用下述公式表示：

式中，P表示第一等级故障矩阵;X表示系统故障矩阵，X中的元素xij取值为1或0，表示对应的设备造成的第一等级故障问题发生与否;V表示引发系统故障的第二等级故障矩阵。通过上述公式计算可判断分拣系统是哪一等级出现故障。

1.3    故障诊断及报警显示

由于机场行李分拣系统的每一项循环工作中各个工步的运动都需要一定的时间执行，同时运行时间也存在限制，因此本文选择将其运行时间参数作为诊断系统故障的信息之一。当分拣系统的工步动作开始运行时，利用PLC控制系统同时启动一个定时装置，设置定时装置比正常分拣系统所需时间长15%～25%，将定时器发出的输出信号作为故障诊断的报警、显示及自动停机装置的输入信号。当分拣系统的某项动作时间超出了规定范围，而定时器装置的预设时间还未达到时，定时器发出故障信号。通过该信号可暂停正在运行过程中的工作循环程序，并同时启动执行报警和显示程序。图2为机场行李分拣系统故障检测程序。

其次，在分拣系统正常运行情况下，系统中的各项输入、输出信号以及中间记忆装置都存在相互的逻辑关系。因此当分拣系统出现故障时，正常的逻辑关系会受到破坏，进而产生异常逻辑关系。因此，本文选用将逻辑错误作为诊断系统故障的信息之一。在诊断前，事先将可能出现逻辑错误的程序添加到用户程序中，一旦这种错误的逻辑关系出现，PLC控制系统实现运行状态为“1”，则说明分拣系统出现了对应的故障，将逻辑错误的状态输出作为分拣系统的故障信号，用于对故障进行报警和显示。在实际的机场行李分拣过程中，系统出现的故障主要表现为：电机过载、行李超长、行李堵塞、皮带偏离等。当机场行李分拣时主传送带内有行李通过时，后方等待分拣的行李应当停止向主传送带传输行李，即主传送带位置上的光眼状态为“1”时，电机的启动接触设备应当处于断开的状态，而不能是接通的状态。若在这一过程中出现错误的条件，则说明逻辑关系出现问题，应立即发出报警。

在上位监控PLC中，建立一个用于存储PLC控制系统终端状态的存储空间。将PLC控制系统的计算机接口状态值读取到程序当中，对不同的故障类型设置对应的编号，如表1所示。

表1中的映射关系与PLC控制系统终端的刷新时间可通过人为进行设置，根据需要设定刷新时间为5 min，将分拣系统故障信号映射到各个连续的分区中，再对计算机接口中的数值一次性读取，得到公式（2）中的X矩阵，若矩阵中某一行的数值为“1”，则将该组序号取出，并与表1中的对应故障类型进行对比，实现对分拣系统故障诊断的识别。

对于故障诊断内容的报警和显示，可通过在模拟屏中的故障点相应位置安装红色二极管，并利用LED管显示出对应的编号。当分拣系统出现故障时，开关闭合，二极管开始发光，并对故障进行报警。

2 机场行李分拣系统故障处理

2.1    行李传送过程中的故障处理

机场行李传送过程中可能导致分拣系统出现的故障包括：行李堵塞传送通道、电机过载、电机启动时触发接触器、皮带偏离原始轨迹、行李过长或过高。针对这些故障的处理方法为：当电机过载时，利用热继电器保护装置动作，将电机的工作电源切断，保护电机;对于皮带偏离原始轨迹问题，应当在传送机机头、机尾以及常出现跑偏的位置安装保护装置，保证皮带的水平移动;对于行李堵塞传送通道、行李过长或过高问题，应当在通道上设定定时器和光眼，判断通道内行李的具体位置及大小，从而及时减少通道内的行李，并对过长或过高的行李调整其位置。

2.2    机场行李分拣系统输入模块的故障处理

行李分拣系统自身输入模块中的故障包括信息数据不显示、系统断开或无法正常关闭、系统外接继电器无法接通、对应显示灯不亮等。信息数据不显示可能出现的原因为输入模块供电异常、输入点连接不到位、连接器接触不良等。针对这一问题可通过检测供电线路及供電设备、加固端子并尝试重新连接解决。系统断开或无法正常关闭可能出现的原因为输入模块回路出现短路或断路现象。通过检测线路或直接更换输入单元即可实现对该故障的处理。系统外接继电器无法接通的原因为输入模块光电开关故障、外接设备与系统本身之间的连接线路故障、传送机底板连接器接触不良等。针对这一问题可通过检查输入模块线路、加固端子并尝试重新连接处理。对应显示灯不亮的原因为显示灯故障，可直接通过更换显示灯对故障进行处理。

3 结语

本文提出了一种基于PLC控制系统的机场行李分拣系统故障诊断方法，并针对具体故障给出了具体的处理措施，在一定程度上保证了分拣系统的处置效率，进一步降低了系统故障对机场行李分拣工作的影响。

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收稿日期：2020-03-03

作者简介：赵维坤（1983—），男，云南永善人，工程师，从事机场行李分拣系统运行和维护工作。