基于PLC的故障诊断及处理

3 模糊融合诊断

　　目前复杂控制系统采用了许多较新控制方法：如模糊控制、神经网络控制、专家控制等等，恰好可以相应地开发出配套的高性能故障诊断部分，并与之融为一体。高档PLC都提供了高级语言开发环境，也可实现自行开发的诊断算法。

　　基于信息融合原理的智能故障诊断方法，是通过多路传感器信号进行有效多层面的关联组合及提取，获得对诊断对象故障信息更可靠的认识，从而最大限度地提高对故障的诊断和预知能力。在智能推理中FUZZY技术较为成熟且简单，本文给出基于FUZZY规则的诊断推理过程。

　　3.1 基于FUZZY规则的推理过程

　　在直积空间X*Y=｛(z，，，)｜x∈X，Y∈Y｝上的模糊关系Y=X·R是X*Y上的一个模糊子集尺，尺的隶属度函数屁(x，y)表示X中x素省与y中元素Y具有的这种关系的程度。

　　“如果菇是A则y是曰”中，“如果”部分(x is A)被称作前提部分(前项条件)，“那么”部分(y is B)被称作结论部分。这种模糊推理表示了A与曰的一种关系，A、B都是模糊语言变量，这种关系就是一种特殊的模糊关系，称作模糊蕴含关系，记作A→B，它不是普通逻辑中的A→B的推广。当x，y的论域为离散时，模糊蕴含关系R可用相应的矩阵表示。

　　推理过程如下：x 菇is A’

　　模糊规则：IF x is A THEN Y is B

　　推理输出：Y is B’

　　即：B’=A’·(A→B)=A’·R

　　可将其扩展为具有多条模糊规则、多重条件的推理过程，即第K条规则表示为：

　　Rule(K)：IF x1 is Fx1i And．．．ANDxn is Fnj THEN Y is Bi

　　同样，模糊规则的获取是建立模糊规则推理系统的关键，也是主要的瓶颈所在。一般而言，可以根据来自专家的知识和经验建立模糊规则。如果专家提供的知识和经验充足，建立的模糊规则库就较为完备。

　　在建立模糊规则库后，要将输入信息模糊化，进行模糊推理，此时结构为模糊集，还要进行解模糊处理。如图2所示。

图2基于规则诊断推理过程 

　　3.2 在PLC中的实现

　　上述模糊诊断方法，在Quantum PLC的开发环境Concept软件中利用其类PASCAL语言STL(StatementLanguage)自行开发，对于基于规则的模糊推理，Concept提供了隶属度函数为三角形的各种功能函数，可实现推理过程。其中FUZ—ATERM—Real为模糊集定义函数；FUZ_MIN_Real为模糊取小函数；FUZ MAX_REAL为模糊取大函数；DEFUZ—REAL为解模糊功能；下面给出具体STL实现过程：

　　VAR

　　Symptonl：FUZ—ATERM—Real；Sympton2：FUZ—ATERM—Real；Sympton3：FUZ_ATERM—Real；’模糊集定义END—VAR
　　Symptonl(X：=Sympton，S1：=1.36，S2：=1.38，s3：=1.40，S4：=1．42，S5：=1．44)；
　　Toolowl：=Symptonl．MDl；Lowl：=Symptonl．MD2；Goodl：=Symptonl．MD3；Highl：=Symptonl．MIM；TooHighl：=Syruptonl．MD5；’模糊化输入
　　Symptort2,(X：=SymptonC，S1：=-0.01，S2：=0.0，s3：=0.01)；Low2：=Sympton2．MDl；Good2：=Sympton2．MD2；High2：=Sympton2.MD3；
　　mydl：=FUZ—MIN—Real(INl：=Toolowl，IN2：=bw2)；
　　myd2：=FUZ—MIN—Real(INl：=Toolowl，IN2：=Good2)；
　　mydfl：=FUZ—MAX—REAL(INl：=mydl，IN2：=myd2，IN3：=myd4)；’根据推理规则，按照M(^，V)进行模糊推理...
　　Conclusionl：=DEFUZ—REAL(ZERO—Y：=FALSE，MDiSil：=mydfl.MDiSi2：=4095.0，MDiSi3：=mydf2，MDiSi4：=3000.0，MDiSi5：=mydf3，MDiSi6：=1000.0，MDiSi7：=mydf4，MDiSi8：=0.0)；’按重心法解模糊，并寻找最大隶属度故障原因。

　　当征兆集能够直接从传感器得到或处理后得到，即可应用上述方法在原因集中寻找原因。调过实际调试，在征兆、原因、规则都较为有限的情况下，对PLC扫描时间影响较小，是可行的。

　　模糊逻辑较好地利用语言知识，知识表达形式易于理解，但却存在自学习能力弱的不足。对于故障诊断矩阵R和故障诊断规则Rule及隶属度函数需要不断修正的场合，基于PLC的方法不适用。

4 结论

　　在以往进行设计时，通常把控制器和故障诊断系统分开设计，但在设计控制器的同时考虑故障诊断，可以提高故障的可诊断性及故障诊断的可靠性，而且便于将故障诊断系统化。随着PLC功能不断增强，它在故障诊断领域将有更广阔的应用前景。实践中应注意如下原则：设备及工艺过程诊断维护的困难很大程度是因为PLC的诊断能力不足，设计时充分考虑可能的故障。充分考虑控制功能与故障监控诊断的平衡，分清轻重缓急，并与远程AI诊断取长补短。运用中，采用各种措施，确保诊断工作不会影响PLC的正常监控工作。