基于PLC的动态系统故障诊断与带故障运行方法

2 容错技术

　　容错是指在系统中，当一个或多个关键部件出现故障时，系统采取相应措施，维持其规定性能或在可接受的性能指标变化下，继续、稳定可靠运行的能力。

　　容错控制器的设计问题是60年代为研制高性能的飞机而提出的，由于在提高系统可靠性等方面的有效性使其在化工、电力、冶金等工业控制中也得到了广泛的应用。 容错控制器的设计方法主要有硬件冗余方法和解析冗余方法两大类。 硬件冗余方法主要通过对重要部件及已发生故障部件提供备份，以提高系统的容错性能，但是这种方法存在着明显的不足：

　　1）增加了系统的成本、结构、重量和所需空间；

　　2）在某些情况下硬件技术的应用受到限制；

　　3）对大型复杂系统全部采用硬件冗余技术是不可能的。

　　这些不足必将限制硬件冗余技术的应用，随着硬件价格的降低，基于硬件的冗余技术和基于解析冗余技术相结合将是容错控制的发展方向。解析冗余技术：

　　解析冗余容错技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部承担起故障部件所丧失的作用，使系统的性能维持在允许的范围之内。

　　目前解析冗余的容错控制大致分为两大类：重构容错控制和鲁棒容错控制。 由于系统故障的多样性和对系统性能的高要求，鲁棒容错控制实现容错的种类有限，局限了它的应用，下面重点介绍重构容错控制。

　　重构容错控制包括动态故障诊断和控制器重构两个方面。 具体做法是利用故障诊断机构实时地监测并定位故障，然后根据系统所处的新工作状态重新配置工作点，利用某种控制器设计策略动态地重新构造一个控制器，使控制系统在新工作状态下，仍能保证一定的稳定性和控制效果。 重构容错控制是在线控制，方案一般有两种：

　　1）在线重构———根据检测到的故障状态重新设计控制器或故障补偿机构。 这种方式适合于故障模式事先不确定，控制律需要在线调整的情况；

　　2）离线重构———根据检测到的故障把控制器切换到事先设计好的相应的容错控制器中，这种方案适合于可能的故障模式事先已经知道，控制律可以事先离线确定的情况。

　　通过以上分析可以看出，重构容错控制的设计方法只要实时而准确地检测和隔离出故障，就可以采用人们所熟悉的各种方法重构控制器，控制器的设计策略主要有极点配置、最优控制、模糊控制等。

　　本文根据PLC 控制系统工作循环的特点，在充分考虑系统可能出现的故障类型的基础上，利用故障诊断程序隔离出故障之后，通过离线重构的设计，即根据故障诊断的结果，编写梯形图软件控制新的输出点，来实现利用信号输出模块屏蔽故障点，使系统带故障运行。

　　但是这些方法依赖于故障检测分离机构，一旦从故障发生到检测分离机构检测出故障这段延时时间过长，就可能使系统的性能变坏。