CN201886342U - 一种能够实现plc***故障监控及显示的智能从站 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，包括智能从站外壳，智能从站外壳上安装显示器、复位装置和数据线接口，智能从站外壳内部安装电路板，电路板上安装电源、单片机、PROFIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电路。本实用新型的有益效果在于：与PLC的CPU配合使用，在***出现控制逻辑故障的同时，由CPU向从站发送各相关信号的即时状态，由从站分析判断出造成故障的原因，能够实时、精确的定位逻辑程序中的瞬态故障信号，方便技术人员及时迅速的排除故障，实现最大限度的保障生产；设置有显示装置，能够对硬件故障中断的故障信息进行显示等。

Description

一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站
技术领域
本实用新型涉及电动钻机PLC***从站装置领域，具体是一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站。
背景技术
目前，电动钻机逻辑控制部分主要采用了可编程控制器(PLC)为控制核心，有的还配置了上位工控机。目前，其故障检测和显示的主要手段有：1)指示灯 2)指示灯故障编码 3)数码管显示 4)工控微机显示等等，但这些手段主要立足于持续性故障。特别是工控微机方式，PLC将输入输出端的信号反馈回上位机，达到上位机对现场实现同步实时监控的目的。
上述各手段主要还是立足于持续性故障，即故障状态持续时间较长的故障，上位机方式虽然实时性高一些，但由于通讯延迟、采样周期等因素影响，存在漏捕捉的现象。
在实际使用中，现有的装置，还存在很多问题，例如：
1)瞬态故障不易查处。瞬态故障就是指故障存在的时间极短，稍纵即逝。诸如开关信号的抖动，线路的接触不良，短暂的干扰等，都会引发这种故障。因为这种故障的保持时间非常短，几乎是瞬间，维修人员还没来的及看到故障时各信号的状态，故障就已经消失了，所以靠传统的人工排查故障点是无法完成的。只能依据***程序，采用猜测、试验等手段，逐一排查。当相关信号较多时，具有排查难度大，周期长的特点，大大影响了钻井生产的正常运行。
2)故障中断使***发生故障不易察觉。为了防止PLC***发生硬件故障等原因时造成故障停机，在***软件编程时使用了OB82、OB86等故障中断处理功能块，使得***发生硬件故障时能够带故障运行而不发生停机，但是，OB只是及时反应出了故障，并不能解决故障，这些OB的使用反而起了掩盖故障的作用。因为如果不查询CPU的故障诊断缓冲区的故障信息，使用者根本无法发现这些问题。
发明内容
本实用新型公开了一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，它具有PLC标准从站的各项功能，且与PLC的CPU配合使用，在***出现控制逻辑故障的同时，由CPU向从站发送各相关信号的即时状态，由从站分析判断出造成故障的原因，并即时显示出故障所在，使技术人员能够及时迅速的排除故障，实现最大限度的保障生产。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，包括智能从站外壳，智能从站外壳上安装显示器、复位装置和数据线接口，智能从站外壳内部安装电路板，电路板上安装电源、单片机、PROFIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电路，所述单片机与显示器和PROFIBUS协议芯片分别连接，PROFIBUS协议芯片与隔离芯片连接，隔离芯片与通讯电路连接，通讯电路与数据线接口连接。
所述单片机是AT89S52单片机。
所述PROFIBUS协议芯片是PROFIBUS专用芯片VPC3+C。
所述隔离芯片是AMD2486隔离芯片。
所述通讯电路是PROFIBUS-DP接口。
智能从站外壳上安装蜂鸣器，蜂鸣器与单片机连接。
所述显示器是LED显示器。
本实用新型的有益效果在于：能够解决公知技术中存在的不足；与PLC的CPU配合使用，在***出现控制逻辑故障的同时，由CPU向从站发送各相关信号的即时状态，由从站分析判断出造成故障的原因，能够实时、精确的定位逻辑程序中的瞬态故障信号，方便技术人员及时迅速的排除故障，实现最大限度的保障生产；设置有显示装置，能够对硬件故障中断的故障信息进行显示；结构合理，使用方便，安全性高等。
附图说明
附图1是本实用新型的结构示意图；附图2是本实用新型的内部控制芯片结构示意图；附图3是本实用新型设备控制逻辑示意图；附图4是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图一；附图5是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图二；附图6是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图三；附图7是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图四；附图8是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图五；附图9是4#整流柜驱动1#泥浆泵控制梯形图六；附图10是智能从站的单片机程序流程；附图11是PLC对智能从站部分的程序流程；附图12是设备PLC逻辑示意图。
附图中所示标号：1、显示器；2、智能从站外壳；3、复位装置；4、数据线接口；5、蜂鸣器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型所述一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，包括智能从站外壳2，智能从站外壳2上安装显示器1、复位装置3和数据线接口4，智能从站外壳2内部安装电路板，电路板上安装电源、单片机、PROFIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电路，所述单片机与显示器1和PROFIBUS协议芯片分别连接，PROFIBUS协议芯片与隔离芯片连接，隔离芯片与通讯电路连接，通讯电路与数据线接口4连接。
在本实用新型中，所述PROFIBUS协议芯片优选采用德国慧鹏公司开发的PROFIBUS专用芯片VPC3+C，PROFIBUS专用芯片VPC3+C集成了完整的PROFIBUS-DP通讯协议，可以独立完成全部与PLC主站CPU的通讯功能。所述单片机优选是AT89S52单片机，AT89S52单片机能够完成对PROFIBUS专用芯片VPC3+C的初始化、参数配置等功能，以及对故障数据的分析判断、驱动显示器1进行显示等用户功能。
所述隔离芯片是ADM2486隔离芯片，其作用是防止PROFIBUS-DP通讯总线与PCB上其他电路相互之间造成干扰。所述通讯电路优选采用PROFIBUS-DP接口，PROFIBUS-DP接口是进行RS485通讯的9针连接器，用于和PLC的CPU进行通讯。此设计可以实现高达20Mbps的通讯速率，大大提高了信号传送速度。
为了能够在本实用新型检测到故障时，及时提醒技术人员注意，优选在智能从站外壳2上安装蜂鸣器5，蜂鸣器5与单片机连接，能够在单片机检测到PLC***出现故障时，发出报警信号。
在上述各个实施例中，所述显示器1优选采用LED显示器。
在本实用新型中，因为PLC采用周期扫描的工作方式，CPU采用批量输入、批量输出的方式处理输入输出(I/O)，即CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是直接访问CPU内部的输入/输出过程映像区，因此，输入信号的改变并不是立即影响程序逻辑，而是在被CPU访问后才会影响，即所有的输入信号的映像值状态在一个循环周期内不会发生改变。另外在一个程序中若给一个输出端多次赋值时，中间状态只改变输出映像区。只有最后一次赋的值才能送到输出端。输出信号的状态则是在输出刷新时才送出的。所以，如果某一信号引发设备故障停机，只要在本周期内对所有信号状态进行筛查，就可以正确的定位故障信号。
直流电动钻机的各设备绞车、泥浆泵、转盘的逻辑控制如图3所示，以4#整流柜驱动1#泥浆泵为例，其控制梯形图如图4~图9所示。
图4是当接到运行指令后，如果维修锁紧开关I7.6和I7.7在正常位，就去闭合直流电机的冷却风机等辅助设备。其中T25是为了防止风压信号跳动而造成设备非故障停机，因为风压开关会由于设备震动或风压波动而发生跳动，加此延时就是说对2S之内发生的跳动置之不理，对于真正的风压失去则实施保护，切断输出。
图5是闭合泥浆泵直流电机的接触器，两个分支分别对应3#整流柜和4#整流柜的控制，他们是互相连锁的，M1.2，I17.0，I17.2，I21.0，I21.2，I10.2是互锁信号，I21.4，I21.6是自锁信号。T13延时断开定时器，设置为2s，有了此延时，就使设备停车时直流接触器在负载电流为零后再切断，用以保护直流接触器的触头。
图6是手轮零位检测环节，加入了此环节，则手轮不在零位时即使发出了运行指令，整流桥也会由于此项连锁而被禁止对设备有输出，这就避免了设备受到突加负荷的冲击和意想不到的人身伤害。加入比较器是为了防止零位开关损坏后限制失效，起到双重保险作用。
图7是柜内风机闭合环节，当6RA70无故障时即M22.3为“1”时，闭合冷却风机，延时断开继电器T12是让风机在柜子停止后继续冷却10s，以将柜内余热散尽。M14.2(MP1电流故障)是双指电机同步保护信号，以防止出现两台电机负载不平衡时损坏设备。
图8是使能环节，使能信号M11.1用以使能给定信号的发送，即将接收到的手轮信号向6RA70装置发送，以驱动整流柜。
图9是给定信号发送环节，将手轮信号发往数据块相应的缓冲区，然后由通讯处理功能进行传送。加入的比较器就是防飞车保护环节，是对给定信号进行过滤，防止干扰溢出等可以造成飞车的意外信号被发送。
由以上程序可见：I7.6，I7.7，I5.7，M1.2，I17.0，I17.2，I21.0，I21.2，I10.2，I21.4，21.6，I3.3，I20.0，I20.2，M14.2，M22.3等都是设备正常运行的限定信号。即正常运行中这些信号的任一个切断都会引发设备停机。而且某些前面的信号比如I5.7对后面的信号又有限定作用。即对后面信号的成立有先决作用。所以当设备发生故障停机时，需要按先后顺序进行排查，才能求得真正的故障信号。
PLC的这种连锁类控制都可以等效为图12所示的梯形图，其中I1，I2……In是设备运行信号Q的限定信号，即其中的任一信号的“0”态都会造成设备停止，而且，位于前面的某些信号又可能是其后的信号的先决信号，即他们的“0”态会引发其后某些信号的必然置“0”。在本设计中，PLC方面的主要任务一是要判断故障的发生，二是像对其他从站传送数据一样，将故障时的各相关开关量的状态或故障数据传送到故作监控从站。其故障监控部分的控制流程如图11所示，“↓”表示下降沿。
在此就以运行指令为“1”且Q发生下降沿作为故障发生的判据，同时也作为发送故障信息的“触发器”。也就是说，只要不是停车指令引发的失去使能都看作故障。而且只在下降沿发生的时刻发送故障信息，就确保了故障信息及时和有效。
在接到故障信息后，单片机只要按图12中各信号的作用顺序逐一排查，第一个为“0”的信号就是造成故障的罪魁祸首。
对OB类故障，只要在相关OB组织块内编制发送信息程序，即只要发生该OB中断调用，就向从站发送故障信息，从而也保证了即时性和准确性。

Claims (7)

1.一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，包括智能从站外壳(2)，其特征在于：智能从站外壳(2)上安装显示器(1)、复位装置(3)和数据线接口(4)，智能从站外壳(2)内部安装电路板，电路板上安装电源、单片机、PROFIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电路，所述单片机与显示器(1)和PROFIBUS协议芯片分别连接，PROFIBUS协议芯片与隔离芯片连接，隔离芯片与通讯电路连接，通讯电路与数据线接口(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：所述单片机是AT89S52单片机。
3.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：所述PROFIBUS协议芯片是PROFIBUS专用芯片VPC3+C。
4.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：所述隔离芯片是AMD2486隔离芯片。
5.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：所述通讯电路是PROFIBUS-DP接口。
6.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：智能从站外壳(2)上安装蜂鸣器(5)，蜂鸣器(5)与单片机连接。
7.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC***故障监控及显示的智能从站，其特征在于：所述显示器(1)是LED显示器。
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