专利名称：一种能够实现plc系统故障监控及显示的智能从站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动钻机PLC系统从站装置领域，具体是一种能够实现PLC系统 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。只能依据系统程序，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)故障中断使系统发生故障不易察觉。为了防止PLC系统发生硬件故障等原因时 造成故障停机，在系统软件编程时使用了 0B82、0B86等故障中断处理功能块，使得系统发 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系统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，在系统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系统故 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、PR0FIBUS协议芯片、 隔离芯片和通讯电路，所述单片机与显示器和PR0FIBUS协议芯片分别连接，PR0FIBUS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。[0010]所述PR0FIBUS协议芯片是PR0FIBUS专用芯片VPC3+C。所述隔离芯片是AMDM86隔离芯片。所述通讯电路是PR0FIBUS-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，在系统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系统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、PR0FIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电路，所述 单片机与显示器1和PR0FIBUS协议芯片分别连接，PR0FIBUS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PR0FIBUS协议芯片优选采用德国慧鹏公司开发的 PR0FIBUS专用芯片VPC3+C，PR0FIBUS专用芯片VPC3+C集成了完整的PR0FIBUS-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PR0FIBUS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ADMM86隔离芯片，其作用是防止TOOFIBUS-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PR0FIBUS-DP接口，PR0FIBUS-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系统出现故障时， 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(1/0)，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Γ图9所示。图4是当接到运行指令后，如果维修锁紧开关17. 6和17. 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Τ25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，Ml. 2，117. 0，117. 2，121. 0，121. 2，110. 2是互锁信号，121. 4， 121. 6是自锁信号。T13延时断开定时器，设置为k，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Mil. 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17. 6，17. 7，15. 7，Ml. 2，117. 0，117. 2，121. 0，121. 2，110. 2，
121. 4，21. 6，13. 3，120. 0，120. 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15. 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11，12……h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，“丨”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。
权利要求1.一种能够实现PLC系统故障监控及显示的智能从站，包括智能从站外壳0)，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 G)，智能从站外壳 ⑵内部安装电路板，电路板上安装电源、单片机、PR0FIBUS协议芯片、隔离芯片和通讯电 路，所述单片机与显示器(1)和PR0FIBUS协议芯片分别连接，PR0FIBUS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系统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系统故障监控及显示的智能从站，其特征 在于所述PR0FIBUS协议芯片是PR0FIBUS专用芯片VPC3+C。
4.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC系统故障监控及显示的智能从站，其特征 在于所述隔离芯片是AMDM86隔离芯片。
5.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC系统故障监控及显示的智能从站，其特征 在于所述通讯电路是PR0FIBUS-DP接口。
6.根据权利要求1所述的一种能够实现PLC系统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系统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。
专利摘要本实用新型公开了一种能够实现PLC系统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，在系统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。
文档编号G05B19/418GK201886342SQ20102058881
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者李恩朋 申请人:李恩朋