基于PLC的动态系统故障诊断与带故障运行方法

　　可编程序控制器（简称PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制和通信技术，面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置，与DCS、IPC 并称为工业自动化工控领域的三大支柱，PLC技术代表着当前程序控制的先进水平。

　　随着化工、电力、冶金等工业生产装置规模的日趋大型化和复杂化，系统的经济运行已日趋重要，相应地，对实施这一目的的控制系统也提出了更高的要求。 一方面，在系统出现某些异常情况时，如何实现在许可极限条件下的继续运行，故障消除后迅速恢复到正常工作状态？另一方面，如何保证控制系统本身在一个或多个关键环节出现故障的情况下，避免停车事故，确保系统继续安全可靠的运行？这些已成为现代控制系统所面临和急需解决的重要问题。

　　解决上述问题的途径之一就是采用容错技术。 但是目前PLC 在这一领域仅停留在对故障的检测与显示阶段，对这类问题的研究目前见诸文献不多。 在此，本文通过阐述利用梯形图软件设计来实现系统的带故障运行，对这一领域的上述问题给予初步的探讨。

1 PLC 的故障诊断方法

　　在PLC 控制系统中，PLC本身的可靠性一般较高，但PLC 的外部设备，如输入元件、输出执行元件、被控设备及输入输出信号线路等的故障率却很高。 而且，这些设备一旦出现故障，都将影响整个控制系统的正常工作。 因此，在PLC程序中增加故障检测程序，及时、准确地发现故障并根据故障类型分别做出相应的处理是非常必要的。

　　PLC 控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC 的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想（或正确）状态进行比较，发现它们之间的差异，然后按事先预定的方式对该差异进行译码，最后以简单的、或较为完善的方式给出故障信息报警。

　　常用的PLC 的故障诊断方法有：逻辑故障检测诊断法、超时限故障检测诊断法、首发故障检测诊断法等。

　　下面重点介绍超时限故障检测诊断法机械设备在自动工作循环中，各个工步的动作都要求在一定的时间内完成，超过了规定的时限而未完成动作，则视为设备运行出现故障。 因此可以在被检测工步动作开始时，同时启动一个定时器，定时器的设定时间比规定动作时间长25%左右，如果定时器有输出则说明已发生故障，该信号可用做故障显示、报警和故障停机信号。 图1为一个工步超时限的故障检测电路。

图1工步超时限故障检测电路

　　工步的正常工作时间为6S，定时器T40的定时时间为8S，当工步启动时，T40开始计时，如果工步按时完成，则完成信号切断T40的输入，T40无输出而无故障信号。 若工步超时限，T40输出故障信号，驱动输出继电器Q0.0 使之显示和报警。

　　但是如果每一工步都要加一个定时器，当工步多、PLC 内部的定时器不够用时，可采用阶段超时或对一些容易出现故障的关键步序进行定时的方法。

　　这种时限检测方法除可用于故障检测外，还可以用作原有保护措施的后备保护。 如用于电梯的过流保护电路，假定电流继电器失灵则可能烧坏电动机，如果加设了时限故障检测并采用故障检测信号来停机，则可起到后备保护的作用。目前PLC 控制系统的故障等级分类及其对应的处理方法如下：

　　一级故障，可能产生严重后果的故障。 要求系统立即停机，并向操作人员声光报警。 当故障检测软件检测到一级故障时，由故障处理模块直接控制PLC 输出端口的状态。

　　二级故障，可能对控制过程产生影响，软件无法自纠正的故障。 控制程序将转入暂停，各输出端口置为初始状态，并向操作人员声光报警，操作人员处理后，再继续运行程序。

　　三级故障，对控制过程不立即产生影响，由故障处理程序进行自纠正处理，并通过信号输出模块屏蔽错误信号，同时向操作人员做声音报警。 一段时间后，如故障仍存在，则故障升级。

　　四级故障，程序检测到的一般性错误或异常，只记忆并向操作人员做出相应的指示，控制程序继续执行。

　　由此看出，目前对于系统出现一级、二级故障时的处理方法仅停留在对故障的检测与报警的阶段，系统无法继续运行，解决上述问题、保证系统带故障运行的措施之一就是对故障结果进行分析，采用适当的容错技术。