智能矿山PLC系统故障分析及处理

【摘 要】本文以主井提升系统为例，介绍智能矿山PLC系统设备故障分析及处理。

【关键词】主井提升；PLC；故障分析及处理

PLC系统在国内矿山行业得到了广泛应用。正是以PLC应用为基础，智能矿山系统得以迅速发展，大大提高了矿山的自动化程度。

鉴于PLC系统的重要性，本文以我公司主井提升系统为例，介绍PLC系统故障种类、产生原因及处理。

1 主井提升机系统介绍

主井提升机控制系统采用德国西门子S7—300型PLC组成双PLC系统。高压柜、电枢变压器、励磁变压器、快开、电抗、6RA70系列整流装置组成传动系统，主回路采用电枢换向6脉动、磁场恒定的传动方案。上位计算机配备WINCC软件，实现对西门子PLC的编程、调试，以及对系统的监控等功能。

司机根据实际生产情况选择操作方式（自动、手动、检修、回收），严格按照信号工的指令操作。其中，自动方式，提升机的运行完全依据方向信号自动启动和停车，全速最高8.5m/s。如遇故障，则系统保护功能动作，按故障性质实现不同方式的故障停车。

2 故障的种类

图1

如图1所示，将系统故障分为三个种类：

2.1 工艺流程故障

工艺流程故障出现在整个工艺流程的一个环节或者全部，经过长期运行会慢慢暴露出来，其带来的后果将包括各个方面，导致设备故障率高居不下，生产经营成本上升。由于程序设计以工艺流程为依据，程序上也会存在不合理的地方，但是无法通过简单优化而消除掉。

通过设备故障率、生产成本等各个指标，我们能够不断的发现工艺流程中存在的问题，进而进行技术改造。

这种情况相对较少，尤其是矿山运行数年正常生产的情况下，故不作为日常故障的范畴来分析。

2.2 程序故障

程序以工艺流程为依据编辑设计的，在一定程度上来说，只要系统工艺流程不出问题，程序基本上也不存在问题。但是，程序在模拟工艺流程之外，通过复杂的逻辑运算，增加了大量的保护措施，这就给程序出问题增加了可能性。

如主井提升系统，在启动开车的瞬间，就要对电枢电流、液压站压力等进行分析，以提供电动机足够的动力带动提升机运行，而提升机负荷有轻重之分，又要结合称重传感器数据、区分不同情况进行逻辑计算。

程序故障可能在一开始设计时就很快的表现出来，不停地发出报警、故障，以致设备正常运行；有的可能是数据存储、逻辑运算才导致的，这种情况要较长时间才能发现。第一种情况，我们在试运行时，根据出现的情况优化程序，消除报警和故障。第二种情况，是在长期运行后出现，然后不断出现，复位后不影响系统运行，循环往复。这种情况我们可以把它列入技术改造的范围，不做详细描述。

2.3 硬件故障

这是我们日常生产中最常见的，包括了所有的机电设备。

就主井提升系统来说，有以下几大类：

图2

3 故障判断的基本流程

根据日常生产和设备运行维护的经验，我们总结了主井提升系统故障判断的基本流程。

如图3所示。

一旦系统出现故障，首先，依据出现的故障现象判断是电气故障还是机械故障。电气故障以传动故障最为常见，如电枢断路器未合闸、励磁系统未正常启动、直流快开装置故障、西门子直流调速装置故障或未复位等等。若不是，则应为控制故障，各输入输出中间继电器、到位开关、编码器、温度传感器都有可能是故障来源，应根据具体故障具体分析处理。PLC硬件如电源模块、CPU模块、通讯模块等，在电源电压、线路、接地均正常的情况下，故障相对来说是比较少的。

最后，应根据故障分析的情况，选择检修处理，或者直接更换备件，恢复系统正常运行。

4 设备故障的分析方法

现象：主井提升机下（反向）到位停车时，报硬下过卷（反向过卷），跳安全回路。该过卷到位开关正常时使用一对常闭点。

4.1 WINCC监控界面（如图4）

打开主井主画面，发现“故障显示”中“硬下过卷”、“安全回路”变量动作、变为红色，其他变量状态正常。

由此，确定反向过卷继电器、到位开关JXK2或者线路故障。这个时候去现场检查，发现正向过卷开关JXK2控制电缆接头松动开路。

4.2 程序（如图5）

在线监测主井提升系统程序，打开“安全回路保护”部分，发现除“安全回路1”、“安全回路状态”变量动作、变为灰色外，“I0.6，反向过卷，JXK2”也动作、变为灰色，其他变量状态正常。

由此，确定正向过卷继电器、到位开关JXK2或者线路故障。这个时候去现场检查，发现正向过卷开关JXK2控制电缆接头松动开路。

4.3 电气回路（如图6）

在辅助电源柜检查反向过卷继电器JXK2J，发现线圈未得电，测量反向过卷开关JXK2来的常闭点，线路3-8，883A断开。由此，确定反向过卷开关JXK2故障或者线路故障，继电器无异常。

这个时候去现场检查，发现反向过卷开关JXK2控制电缆接头松动开路。

图6

4.4 检查设备本体

如果，反向过卷开关JXK2被撞坏或者控制电缆有明显损坏，可以直接断定此处为故障点，否则，应重复1，2，3，仔细检查后方可断定。

5 总结

PLC系统的设备故障分析，我们可以通过多个方面来完成，进而迅速判断故障点，恢复设备安全生产运行。

作为设备管理人员，我们应努力学习PLC系统各方面知识，适应智能矿山发展对个人素质的要求；同时，在日常工作中，抓好设备点巡检、定期维护工作，做到预知维修，防患于未然，降低设备故障率，提高设备安全生产水平。