淺談以PLC控制網絡為基礎的遠程電氣故障診斷

金寧寧 任艷艷

（河南職業技術學院，河南 鄭州450046）

0 引言

可編程邏輯控制器（PLC）是一種集計算機、自動化以及通信技術為一體的現代工業電氣設備控制器，廣泛應用于電氣設備的控制系統中，使得電氣設備的遠程控制具備了可能。電氣設備的故障遠程診斷及控制技術雖然取得了一定的進步，但是在實施過程中仍然存在較多的問題，比如電子信號在傳輸過程中的衰減幅度較大導致信號失真，網絡系統的信息安全問題以及不同電氣設備操作平臺系統的兼容性問題一直阻礙著遠程故障診斷的廣泛應用等。本文通過查閱相關參考文獻，并結合筆者多年的電氣設備故障診斷經驗，對以PLC控制網絡為基礎的電氣設備遠程故障診斷技術進行了深入的探究。

1 PLC遠程控制電氣設備的基本原理及診斷方法

PLC的工作原理與普通計算機的工作原理是不同的，其執行任務的形式與繼電器控制系統也不盡相同，PLC執行的是串行任務命令。PLC在電氣設備控制中的應用主要是通過循環掃描的方式實現對現場所有電氣設備的診斷，并對搜集的掃描信號進行處理，然后經過PLC中的中央數據處理器進行分析處理，最后將結果輸出到控制系統的執行機構中去。

由于現代化的電氣設備高度智能化和自動化，因而在實際使用過程中可能出現的故障多種多樣，這其中就包括了軟件故障和硬件故障等類別。對于電氣設備控制而言，所使用的方法主要包括以下2種：（1）數據推理法。數據推理法主要包括BP神經網絡分析法、多參數引用分析法。PLC在很多電氣故障診斷的過程中都是采用該方法，即通過對輸入與輸出信號的檢測，然后與標準數據庫進行對比，從而對電氣設備的運行狀態有一個合理的判斷。PLC控制處理系統會對每個故障所產生的原因進行匹配，但是如果這種故障在以前設備運行的過程中并沒有出現，則很難診斷出來。（2）模型診斷法。這種診斷方法的基本原理是將需要檢測的設備模塊的輸入與輸出之間采用一定的關系式來表明，并將這種潛在的關系存儲在數據庫中，以便于對電氣設備實現遠程診斷。

2 PLC遠程控制診斷系統的設計與實現

2.1 遠程控制診斷系統的構成及故障診斷過程

該系統的結構組成如圖1所示。

圖1 故障診斷系統框架圖

PLC對輸入信號的識別是通過電氣控制設備中的相關操作開關和相關繼電器的觸點來實現的。首先PLC中的中央處理器會把輸入的數據信號暫時存儲在CPU中，然后經過數字模擬信號轉換器將輸入端子的電流信號、電壓信號或者力學信號轉化為數字信號；在具體服務掃描的過程中，直接讀入數據存儲區。PLC在診斷故障信號處理過程的本質就是將那個經過轉化的模擬信號直接與電氣設備實際運行的數據和系統所允許的極限值相比較的過程，如果模擬信號量在所允許的極限范圍之內，則說明該輸入點的設備運行處于正常的狀態，超過極限范圍值則說明設備的檢測部分處于故障狀態。

通常來說，自動化電氣設備的故障診斷過程主要由以下5個部分組成：（1）信號采集：PLC所搜集到的信號類型主要有連續信號和離散信號2類；（2）信號處理：目前PLC信號處理的方式包含A／D轉換和信息編碼程序；（3）控制網絡的連接：通常采取的是撥號上網或者是專線上網；（4）PLC處理器診斷分析：模型分析、故障樹系統分析、專家系統；（5）形成分析報告，如正常檢測報告、故障報告以及設備運行趨勢預報等。

2.2 實現遠程診斷的關鍵技術

實現遠程診斷的關鍵技術主要包含以下3個方面：（1）ASP與WEB數據庫技術：ASP動態網頁交換技術編寫比較容易，不需要進行編譯，直接放在網站的目錄下就可以運行，與瀏覽器類別的相關程度較小，目的是為了可以使用外部程序來進行數據庫的訪問。（2）遠程數據的傳輸方式：遠程診斷中心需要對每個電氣設備運行的工作站的設備運行數據和故障診斷數據進行搜集，同時還需要為客戶提供相應的設備診斷結果和維修建議。通常各個電氣設備工作站所采集的數據信號主要包括壓力信號、速度信號、轉速信號以及電流信號等。為了解決這些數據信號傳輸問題，通常采用流式套接口，建立起客戶與服務器之間的數據信號傳輸通道，并將服務器收集到的數據存儲到診斷中心的數據庫內，然后以電氣設備的各種工藝參數和材料結構數據為基礎的診斷設備特征參數通過客戶端的網頁瀏覽器，實現與診斷中心的數據連接。（3）電氣設備診斷信息數據庫的存儲：診斷中心的數據庫通常包含了電氣設備的運行壓力、溫度、電流和電壓等動態運行的數據信號；對于設備的結構特征參數而言，實時采集的數據量比較大，這些數據的存儲介質一般選擇SQL Sever 2000提供的text的數據類型，這種數據類型的主要特點是可以存儲大量的二進制數據。

2.3 電氣設備故障遠程診斷模塊

對于遠程數據的采集及傳輸模塊而言，主要內容有數據的采集、數據信號的發送與接受以及設備實時數據的動態存儲；在數據信號分析模塊中，采用的信號分析方法主要包括時間序列分析、BP神經網絡分析、頻譜分析、小波分析等。以上2個組成模塊的開發語言主要是以C＋＋語言為主，對于在信號數據分析處理模塊中所涉及的各種信號處理方法而言，它們都可以獨立地生成DLL格式的文件。由于自動化電氣設備的內在復雜性，導致遠程診斷的故障種類也很多，所以PLC遠程網絡診斷系統要求具有較高的靈活性，可以根據實際情況來調整網絡控制系統內部模塊的組合，從而滿足電氣設備故障診斷的需要。

2.4 電氣設備故障遠程診斷系統的工作模式

以PLC控制網絡為基礎的電氣設備遠程故障診斷系統通常采用3層工作模式：第一層是客戶端，主要功能是實現設備運行資料的簡單查詢和設備故障相關參數的提交處理；第二層是應用服務層，主要功能是在用戶與數據服務之間架起橋梁，根據客戶端提出的應用診斷需求，對采集的數據信號進行處理，然后將數據處理的結果反饋給客戶；第三層是數據管理層，主要功能是實現故障信號檢測的存儲、維護以及訪問和更新，滿足用戶端對數據訪問服務的需求。

3 結語

隨著電氣設備的自動化程度越來越高，由于電氣設備使用過程中工作環境的不確定性增加，可編程邏輯控制器（PLC）開始廣泛應用于自動化電氣設備故障診斷的各個領域，實現對電氣設備關鍵零部件的動態監測和遠程故障診斷。本文對以PLC控制網絡為基礎的電氣設備遠程故障診斷技術進行了深入的探究，希望能對相關人士有所裨益。

［1］鐘肇新，范建東，彭侃.可編程控制器原理及應用［M］.第3版.華南理工大學出版社，2004

［2］邱公偉.可編程控制器網絡通信及應用［M］.清華大學出版社，2003

［3］石榮德，趙廷弟，屠慶慈，等.故障診斷專家系統［J］.北京航空航天大學學報，1995（4）

［4］葉明，張明友.基于產生式汽車零部件失效分析專家系統的研究［J］.武漢理工大學學報，2001（4）