提高工控（PLC）系统抗故障能力的思路

潘哲

摘 要：计算机技术和继电器控制技术相互结合的产物就是可编程逻辑控制器PLC，PLC具有定时、计数、逻辑控制等功能，其采纳计算机存储程序的孙旭执行的原理，编程语言主要采纳的是直观的与继电器接触控制相类似的电路图梯形语言。在工业控制（PLC）系统中，运用了屏蔽故障设施的思想，可以让我们设计的控制系统在系统某一（或多个）零部件出现故障时，使得系统对这个进行有效的屏蔽，从而完全能保证整个系统的工作正常进行。

关键词：继电器;PLC;抗故障

一、引言

随着我国经济和科学技术的飞速发展，自动控制系统变得越来越火爆并且非常复杂。当今人们不仅希望对其进行良好的控制，而且希望能时时刻刻进行监控测绘，使其及时有效的对故障进行处理。然而，这样就出现了自动化控制系统的故障检查和测量以及诊断的问题，增进了故障检测判断的应用开发和理论研讨。所说的“故障”就是指系统出现不能正常工作的状态，这时系统的工作性能大大低于平时的正常工作水平，根本沒有办法去完成工作预期的功能。在这种状况下，人们可以根据这个系统特性和类型、故障以及特点等，去建造一个额外的机构，根据对系统的处理、分析、输出量的测量以及系统的输入等，从而给出了故障的一些相关的信息，这就使操纵员对系统的运营情况有了确切的了解，进而有效地保证了系统可靠地且安全地运行，该机构被叫作诊断机构和故障检测机构。

二、关于系统诊断和故障检测的基础内容

主要包括以下几个方面：第一，检测故障。尽量尽早地检测出超出预期范围的影响：输出的特征量、过程状态或过程参数。第二，分离故障。通过检测出来的故障信息，找出故障根源，确定下来故障的类型和故障的位置。第三，评价故障。通过找出故障的位置，解析评估一下故障对功能的影响、系统性能指标并做出故障级别。第四，决策故障。通过对故障评价的级别，使系统早做出控制或修改操作、紧急报警、早期报警，以致于停机进行维修等相应的决策。

三、硬件冗余的检测方式

自动控制系统中缺一不可的组成部分就是传感器，人们一直都在研究的重点就是诊断问题和故障检测。检测故障和诊断传感器故障的方法很多，其中“冗余”的原理方法占重要地位。关于可靠性高的系统，就要用3只以上的类型一样的传感器一起测量同一种变量，来增加测量的可靠性。此原理也同样适合于传感器的诊断和故障检测。因为需要用多个传感器，因此叫作“硬件冗余”，这种基础性的思想是建立于相关数学理论中目标函数的状态的评估器。

四、用统计模式来识别的方式

这种方法先是给测量信号来做预先处理，与此同时挑选已经知道类别的样本模式的特征，通过所选出的特点，给要处理之后的测量信号进行有特点的抽取，从而得到能携带、维数比较低的以及更简捷的大部分测量信号特点的向量，之后运用分类器，根据对特征向量的了解，认识出模式的种类。不需要数学模型就能早期检测故障的技术就是统计模式识别技术。因此，对于预测变量多、统计数据少的场合中，这个技术很难担任。

五、运用参数状态评估方式

此种方法要用三个先验的知识源：异常过程的模型、正常过程的模型、被观察过程的模型。为了检测出故障，可以运用三种方法，就是特征值计算、状态估算以及参数估算，分批算出被观察过程的特征值、不可测的状态和特征值的评估值，而且利用它们和正常过程的适应量的差值，利用异常过程的模板形成的故障特征来匹配，也就是特征变化的大小和方向、参数、故障所导致的状态，假设成功的匹配了，就表明发生了故障，然后就对故障进行诊断，最后确定故障的原因、大小、类型以及位置。此方法已经用在了水管系统—电机-离心泵的故障诊断，还有在反应器、蒸馏塔、热交换器等装备里也运用了这种方法，此方法还有一个最大的缺点就是它的运用成效过多的依靠于数学模板的精确度。

六、运用故障树的方式

这种方法第一对故障进行分析，把系统的故障当作上端的事情，也就是故障数的根基点，以逻辑符号，也就是非或者与，变成了这个事情的直接因素的诸多下端事件以及上端事件，简单地说就是一直到基础事件，中间事件衔接起来，然后在对所有中间事件进行分析，最后和故障树来进行综合，总结出叫作上端事件，要求产生的根本原因计算、集合上端事件的产生概率，给事件原由的必要性来做一个评估，进而做出了改进的方法。因为故障树的方法能明白地解释出系统和事件故障这两个技术之间的逻辑关系，能定期量的解释出麻烦系统的可靠性参数和其它故障概率，所以，已经在化工工业过程的加热炉、反应器等装置上得到运用。

七、运用神经网络方式和专家系统方式

把故障诊断专家的运行过程和诊断系统的建立可以分成：影响与危害的程度、可靠性分析、足够把握系统的各个有可能出现的故障方式，在这个根基上建立一个知识题库，拟定相对应的故障解决的方式。当自动化控制系统出现故障的时候，专业人士利用系统推理机制通过数据库的数据和知识题库的知识来进行判断，直接快速准确的找出故障点，然后采纳相对应的措施，这样使系统尽可能尽快的恢复正常工作。

故障诊断还有一个方式就是神经网络控制系统，它的诊断过程和学习过程是分着进行的。学习过程是利用BP运算方法把故障样本学习来实现内部知识的获得，它就是算出权系数集合及域值，这样就能保证网络相对应的每一个输入矢量所生成的输出矢量，更加接近所期望的输出，然后用梯度法算出最好的答案。利用专业人士系统能减少工作人员的负担，对问题分析的快速性和准确性有了一个提高。故障诊断专家系统是通过断路器和继电器保护的运行信息和专家的经验得出的知识进行总结，来帮助运作人员用专家的水平快速分析及对故障做出判断的情况。

八、总结

以上对工业自动控制系统的故障诊断与检测的方法，就根本原理、应用情况及特点做了讨论。但是需要指出的是，将要成为系统故障和诊断技术占有主要地位的就是人工智能功能中神经网络方法和专家系统诊断方法，有着非常广阔的前景和非常广大的潜力。然而，自动控制系统的故障检测与诊断是一个比较复杂的问题，只要周密的考虑到各种各样的实际因素，设置合理的诊断与检测机构，就能很好的解决诊断与故障检测问题，从而对整个系统的正常工作有一个保障。

参考文献

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