提高工控（PLC）系統(tǒng)抗故障能力的思路

潘哲

摘 要：計(jì)算機(jī)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(shí)、計(jì)數(shù)、邏輯控制等功能，其采納計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的孫旭執(zhí)行的原理，編程語(yǔ)言主要采納的是直觀的與繼電器接觸控制相類(lèi)似的電路圖梯形語(yǔ)言。在工業(yè)控制（PLC）系統(tǒng)中，運(yùn)用了屏蔽故障設(shè)施的思想，可以讓我們?cè)O(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在系統(tǒng)某一（或多個(gè)）零部件出現(xiàn)故障時(shí)，使得系統(tǒng)對(duì)這個(gè)進(jìn)行有效的屏蔽，從而完全能保證整個(gè)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(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)變得越來(lái)越火爆并且非常復(fù)雜。當(dāng)今人們不僅希望對(duì)其進(jìn)行良好的控制，而且希望能時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行監(jiān)控測(cè)繪，使其及時(shí)有效的對(duì)故障進(jìn)行處理。然而，這樣就出現(xiàn)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的故障檢查和測(cè)量以及診斷的問(wèn)題，增進(jìn)了故障檢測(cè)判斷的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和理論研討。所說(shuō)的“故障”就是指系統(tǒng)出現(xiàn)不能正常工作的狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)的工作性能大大低于平時(shí)的正常工作水平，根本沒(méi)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(gè)系統(tǒng)特性和類(lèi)型、故障以及特點(diǎn)等，去建造一個(gè)額外的機(jī)構(gòu)，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的處理、分析、輸出量的測(cè)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)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(yùn)行，該機(jī)構(gòu)被叫作診斷機(jī)構(gòu)和故障檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

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

主要包括以下幾個(gè)方面：第一，檢測(cè)故障。盡量盡早地檢測(cè)出超出預(yù)期范圍的影響：輸出的特征量、過(guò)程狀態(tài)或過(guò)程參數(shù)。第二，分離故障。通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的故障信息，找出故障根源，確定下來(lái)故障的類(lèi)型和故障的位置。第三，評(píng)價(jià)故障。通過(guò)找出故障的位置，解析評(píng)估一下故障對(duì)功能的影響、系統(tǒng)性能指標(biāo)并做出故障級(jí)別。第四，決策故障。通過(guò)對(duì)故障評(píng)價(jià)的級(jí)別，使系統(tǒng)早做出控制或修改操作、緊急報(bào)警、早期報(bào)警，以致于停機(jī)進(jìn)行維修等相應(yīng)的決策。

三、硬件冗余的檢測(cè)方式

自動(dòng)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(diǎn)就是診斷問(wèn)題和故障檢測(cè)。檢測(cè)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(lèi)型一樣的傳感器一起測(cè)量同一種變量，來(lái)增加測(cè)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(cè)。因?yàn)樾枰枚鄠€(gè)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(píng)估器。

四、用統(tǒng)計(jì)模式來(lái)識(shí)別的方式

這種方法先是給測(cè)量信號(hào)來(lái)做預(yù)先處理，與此同時(shí)挑選已經(jīng)知道類(lèi)別的樣本模式的特征，通過(guò)所選出的特點(diǎn)，給要處理之后的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行有特點(diǎn)的抽取，從而得到能攜帶、維數(shù)比較低的以及更簡(jiǎn)捷的大部分測(cè)量信號(hào)特點(diǎn)的向量，之后運(yùn)用分類(lèi)器，根據(jù)對(duì)特征向量的了解，認(rèn)識(shí)出模式的種類(lèi)。不需要數(shù)學(xué)模型就能早期檢測(cè)故障的技術(shù)就是統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)。因此，對(duì)于預(yù)測(cè)變量多、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)少的場(chǎng)合中，這個(gè)技術(shù)很難擔(dān)任。

五、運(yùn)用參數(shù)狀態(tài)評(píng)估方式

此種方法要用三個(gè)先驗(yàn)的知識(shí)源：異常過(guò)程的模型、正常過(guò)程的模型、被觀察過(guò)程的模型。為了檢測(cè)出故障，可以運(yùn)用三種方法，就是特征值計(jì)算、狀態(tài)估算以及參數(shù)估算，分批算出被觀察過(guò)程的特征值、不可測(cè)的狀態(tài)和特征值的評(píng)估值，而且利用它們和正常過(guò)程的適應(yīng)量的差值，利用異常過(guò)程的模板形成的故障特征來(lái)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(duì)故障進(jìn)行診斷，最后確定故障的原因、大小、類(lèi)型以及位置。此方法已經(jīng)用在了水管系統(tǒng)—電機(jī)-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(yùn)用了這種方法，此方法還有一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是它的運(yùn)用成效過(guò)多的依靠于數(shù)學(xué)模板的精確度。

六、運(yùn)用故障樹(shù)的方式

這種方法第一對(duì)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(diǎn)，以邏輯符號(hào)，也就是非或者與，變成了這個(gè)事情的直接因素的諸多下端事件以及上端事件，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一直到基礎(chǔ)事件，中間事件銜接起來(lái)，然后在對(duì)所有中間事件進(jìn)行分析，最后和故障樹(shù)來(lái)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(jì)算、集合上端事件的產(chǎn)生概率，給事件原由的必要性來(lái)做一個(gè)評(píng)估，進(jìn)而做出了改進(jìn)的方法。因?yàn)楣收蠘?shù)的方法能明白地解釋出系統(tǒng)和事件故障這兩個(gè)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(guò)程的加熱爐、反應(yīng)器等裝置上得到運(yùn)用。

七、運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式和專(zhuān)家系統(tǒng)方式

把故障診斷專(zhuān)家的運(yùn)行過(guò)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(gè)有可能出現(xiàn)的故障方式，在這個(gè)根基上建立一個(gè)知識(shí)題庫(kù)，擬定相對(duì)應(yīng)的故障解決的方式。當(dāng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，專(zhuān)業(yè)人士利用系統(tǒng)推理機(jī)制通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)和知識(shí)題庫(kù)的知識(shí)來(lái)進(jìn)行判斷，直接快速準(zhǔn)確的找出故障點(diǎn)，然后采納相對(duì)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(gè)方式就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它的診斷過(guò)程和學(xué)習(xí)過(guò)程是分著進(jìn)行的。學(xué)習(xí)過(guò)程是利用BP運(yùn)算方法把故障樣本學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部知識(shí)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(duì)應(yīng)的每一個(gè)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(zhuān)業(yè)人士系統(tǒng)能減少工作人員的負(fù)擔(dān)，對(duì)問(wèn)題分析的快速性和準(zhǔn)確性有了一個(gè)提高。故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是通過(guò)斷路器和繼電器保護(hù)的運(yùn)行信息和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)得出的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，來(lái)幫助運(yùn)作人員用專(zhuān)家的水平快速分析及對(duì)故障做出判斷的情況。

八、總結(jié)

以上對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的故障診斷與檢測(cè)的方法，就根本原理、應(yīng)用情況及特點(diǎn)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(zhuān)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(dòng)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，只要周密的考慮到各種各樣的實(shí)際因素，設(shè)置合理的診斷與檢測(cè)機(jī)構(gòu)，就能很好的解決診斷與故障檢測(cè)問(wèn)題，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常工作有一個(gè)保障。

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