提高工控（PLC）系統(tǒng)抗故障能力的思路

潘哲

摘 要：計算機技術(shù)和繼電器控制技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物就是可編程邏輯控制器PLC，PLC具有定時、計數(shù)、邏輯控制等功能，其采納計算機存儲程序的孫旭執(zhí)行的原理，編程語言主要采納的是直觀的與繼電器接觸控制相類似的電路圖梯形語言。在工業(yè)控制（PLC）系統(tǒng)中，運用了屏蔽故障設(shè)施的思想，可以讓我們設(shè)計的控制系統(tǒng)在系統(tǒng)某一（或多個）零部件出現(xiàn)故障時，使得系統(tǒng)對這個進(jìn)行有效的屏蔽，從而完全能保證整個系統(tǒng)的工作正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：繼電器;PLC;抗故障

一、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)變得越來越火爆并且非常復(fù)雜。當(dāng)今人們不僅希望對其進(jìn)行良好的控制，而且希望能時時刻刻進(jìn)行監(jiān)控測繪，使其及時有效的對故障進(jìn)行處理。然而，這樣就出現(xiàn)了自動化控制系統(tǒng)的故障檢查和測量以及診斷的問題，增進(jìn)了故障檢測判斷的應(yīng)用開發(fā)和理論研討。所說的“故障”就是指系統(tǒng)出現(xiàn)不能正常工作的狀態(tài)，這時系統(tǒng)的工作性能大大低于平時的正常工作水平，根本沒有辦法去完成工作預(yù)期的功能。在這種狀況下，人們可以根據(jù)這個系統(tǒng)特性和類型、故障以及特點等，去建造一個額外的機構(gòu)，根據(jù)對系統(tǒng)的處理、分析、輸出量的測量以及系統(tǒng)的輸入等，從而給出了故障的一些相關(guān)的信息，這就使操縱員對系統(tǒng)的運營情況有了確切的了解，進(jìn)而有效地保證了系統(tǒng)可靠地且安全地運行，該機構(gòu)被叫作診斷機構(gòu)和故障檢測機構(gòu)。

二、關(guān)于系統(tǒng)診斷和故障檢測的基礎(chǔ)內(nèi)容

主要包括以下幾個方面：第一，檢測故障。盡量盡早地檢測出超出預(yù)期范圍的影響：輸出的特征量、過程狀態(tài)或過程參數(shù)。第二，分離故障。通過檢測出來的故障信息，找出故障根源，確定下來故障的類型和故障的位置。第三，評價故障。通過找出故障的位置，解析評估一下故障對功能的影響、系統(tǒng)性能指標(biāo)并做出故障級別。第四，決策故障。通過對故障評價的級別，使系統(tǒng)早做出控制或修改操作、緊急報警、早期報警，以致于停機進(jìn)行維修等相應(yīng)的決策。

三、硬件冗余的檢測方式

自動控制系統(tǒng)中缺一不可的組成部分就是傳感器，人們一直都在研究的重點就是診斷問題和故障檢測。檢測故障和診斷傳感器故障的方法很多，其中“冗余”的原理方法占重要地位。關(guān)于可靠性高的系統(tǒng)，就要用3只以上的類型一樣的傳感器一起測量同一種變量，來增加測量的可靠性。此原理也同樣適合于傳感器的診斷和故障檢測。因為需要用多個傳感器，因此叫作“硬件冗余”，這種基礎(chǔ)性的思想是建立于相關(guān)數(shù)學(xué)理論中目標(biāo)函數(shù)的狀態(tài)的評估器。

四、用統(tǒng)計模式來識別的方式

這種方法先是給測量信號來做預(yù)先處理，與此同時挑選已經(jīng)知道類別的樣本模式的特征，通過所選出的特點，給要處理之后的測量信號進(jìn)行有特點的抽取，從而得到能攜帶、維數(shù)比較低的以及更簡捷的大部分測量信號特點的向量，之后運用分類器，根據(jù)對特征向量的了解，認(rèn)識出模式的種類。不需要數(shù)學(xué)模型就能早期檢測故障的技術(shù)就是統(tǒng)計模式識別技術(shù)。因此，對于預(yù)測變量多、統(tǒng)計數(shù)據(jù)少的場合中，這個技術(shù)很難擔(dān)任。

五、運用參數(shù)狀態(tài)評估方式

此種方法要用三個先驗的知識源：異常過程的模型、正常過程的模型、被觀察過程的模型。為了檢測出故障，可以運用三種方法，就是特征值計算、狀態(tài)估算以及參數(shù)估算，分批算出被觀察過程的特征值、不可測的狀態(tài)和特征值的評估值，而且利用它們和正常過程的適應(yīng)量的差值，利用異常過程的模板形成的故障特征來匹配，也就是特征變化的大小和方向、參數(shù)、故障所導(dǎo)致的狀態(tài)，假設(shè)成功的匹配了，就表明發(fā)生了故障，然后就對故障進(jìn)行診斷，最后確定故障的原因、大小、類型以及位置。此方法已經(jīng)用在了水管系統(tǒng)—電機-離心泵的故障診斷，還有在反應(yīng)器、蒸餾塔、熱交換器等裝備里也運用了這種方法，此方法還有一個最大的缺點就是它的運用成效過多的依靠于數(shù)學(xué)模板的精確度。

六、運用故障樹的方式

這種方法第一對故障進(jìn)行分析，把系統(tǒng)的故障當(dāng)作上端的事情，也就是故障數(shù)的根基點，以邏輯符號，也就是非或者與，變成了這個事情的直接因素的諸多下端事件以及上端事件，簡單地說就是一直到基礎(chǔ)事件，中間事件銜接起來，然后在對所有中間事件進(jìn)行分析，最后和故障樹來進(jìn)行綜合，總結(jié)出叫作上端事件，要求產(chǎn)生的根本原因計算、集合上端事件的產(chǎn)生概率，給事件原由的必要性來做一個評估，進(jìn)而做出了改進(jìn)的方法。因為故障樹的方法能明白地解釋出系統(tǒng)和事件故障這兩個技術(shù)之間的邏輯關(guān)系，能定期量的解釋出麻煩系統(tǒng)的可靠性參數(shù)和其它故障概率，所以，已經(jīng)在化工工業(yè)過程的加熱爐、反應(yīng)器等裝置上得到運用。

七、運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式和專家系統(tǒng)方式

把故障診斷專家的運行過程和診斷系統(tǒng)的建立可以分成：影響與危害的程度、可靠性分析、足夠把握系統(tǒng)的各個有可能出現(xiàn)的故障方式，在這個根基上建立一個知識題庫，擬定相對應(yīng)的故障解決的方式。當(dāng)自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，專業(yè)人士利用系統(tǒng)推理機制通過數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和知識題庫的知識來進(jìn)行判斷，直接快速準(zhǔn)確的找出故障點，然后采納相對應(yīng)的措施，這樣使系統(tǒng)盡可能盡快的恢復(fù)正常工作。

故障診斷還有一個方式就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它的診斷過程和學(xué)習(xí)過程是分著進(jìn)行的。學(xué)習(xí)過程是利用BP運算方法把故障樣本學(xué)習(xí)來實現(xiàn)內(nèi)部知識的獲得，它就是算出權(quán)系數(shù)集合及域值，這樣就能保證網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的每一個輸入矢量所生成的輸出矢量，更加接近所期望的輸出，然后用梯度法算出最好的答案。利用專業(yè)人士系統(tǒng)能減少工作人員的負(fù)擔(dān)，對問題分析的快速性和準(zhǔn)確性有了一個提高。故障診斷專家系統(tǒng)是通過斷路器和繼電器保護(hù)的運行信息和專家的經(jīng)驗得出的知識進(jìn)行總結(jié)，來幫助運作人員用專家的水平快速分析及對故障做出判斷的情況。

八、總結(jié)

以上對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的故障診斷與檢測的方法，就根本原理、應(yīng)用情況及特點做了討論。但是需要指出的是，將要成為系統(tǒng)故障和診斷技術(shù)占有主要地位的就是人工智能功能中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和專家系統(tǒng)診斷方法，有著非常廣闊的前景和非常廣大的潛力。然而，自動控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷是一個比較復(fù)雜的問題，只要周密的考慮到各種各樣的實際因素，設(shè)置合理的診斷與檢測機構(gòu)，就能很好的解決診斷與故障檢測問題，從而對整個系統(tǒng)的正常工作有一個保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 候云飛，施偉鋒，楊義偉.基于工控機和PLC的船舶電力系統(tǒng)故障報警裝置設(shè)計[J].船電技術(shù)，2017，37（06）：26-30.

[2] 候云飛，施偉鋒.基于PLC和工控機的船舶電力系統(tǒng)故障診斷裝置設(shè)計[J].船電技術(shù)，2016，36（09）：49-52.

[3] 王素君.淺談分散自律調(diào)度集中CTC系統(tǒng)工控機故障處理及日常維護(hù)[J].科技信息，2013（08）：308.