基于ftaplc控制系统故障诊断技术研究

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1、精密制造与自动化2010年第2期基于FTA的PLC控制系统故障诊断技术研究张向前中国人民解放军63655部队(841700)摘要PLC在工业生产中应用非常广泛。文章首先对PLC控制系统进行分析，并建立了～种通用故障模型。然后采用FTA(FaultTreeAnalysis)方法对控制系统进行分析，确定控制系统薄弱环节，依据通用故障模型构建了基于PLC的故障诊断系统。关键词FTA故障诊断PLC随着科学技术的发展和工业化进程的加快，现信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到代工业控制系统结构越来越复杂，功能越来越完中断子程序中去，即可

2、方便地对故障进行处理。它善，自动化程度越来越高。可编程控制器(PLC)与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之以其高可靠性和一系列独特的优点，在自动化领域处在于：采用输入中断处理故障时，可停止PLC主已形成一种工业控制趋势。基于PLC的控制系统在程序的执行过程，而直接利用PLC的输入和内部逻国防武器装备上也得到了广泛的应用。武器性能的辑处理故障时PLC的主程序仍处于运行状态。提高，同时也带来了维修保障的问题。典型问题是检测流程复杂、故障诊断缺乏有效手段、维护成本高，这些问题严重影响着武器装备的完好性和寿命一级周期费用。为了解决这

3、些难题，本文以某武器电气控制系统为例，对PLC控制系统故障模式进行深入研究，对故障进行分类，建立了控制系统的通用故断电刹车屏蔽升级警示障模型，为PLC控制系统故障诊断奠定了基础。图1通用故障模型1通用化故障模型因此，PLC控制系统故障诊断的功能如下所示：根据控制系统故障的轻重缓急，以及响应故障(1)实时监测控制系统的状态信息，及时发的时间要求，PLC控制系统的故障等级分类如下：现故障。(1)一级故障：可能产生严重后果的故障。(2)发现故障后及时向控制器发送信息，以要求系统立即停机并向操作人员声光报警。便控制器采取相应的措施。(2)二级

4、故障：对控制过程不立即产生影响，(3)保存故障时必要的状态信息，为远程诊由故障处理程序进行自纠正处理，并通过信号输出断中心提供可靠依据，避免人工描述不准确性。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。2故障树的应用(3)三级故障：程序检测到的一般性错误或2．1故障树构建异常，只记忆并向操作人员做出相应的指示，控制故障树分析法(FaultTreeAnalysis简记为程序继续执行。FTA)通过对可能造成系统故障的各种因素(包括根据上述PLC控制系统故障模式，可建立一种硬件、软件、环境和人为因素等)由

5、总体至部分按通用故障模型如图1所示。树状分支进行逐级细化分析。画出逻辑框图(即故当PLC提取到故障征兆，根据当前故障所属等障树)，从而确定系统故障原因的各种组合方式及级，然后通过中断选择相应的响应方式。武器设备其对系统的影响。的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障在对某武器装备控制系统进行失效分析后，将47精密制造与自动化2010年第2期制冷机不工作定义为一级故障。下面制冷机系统为3故障诊断系统构建例，它由冷凝器、变频器、电动机、电源装置等组3．1系统流程成。建立该制冷机系统的故障树，如图2所示。如图3所示，控制系统状态的特征

6、信号—般分为三种形式：—种是以能量形式来表现特征信号，如：温度、压力、流量等；另—种以数字形式来表现特征信号，如：总线数据流、数字信号流等：第三种是以直接的物理状态来表现特征信号，如：开关的闭合、电机的启停等。当PLC提取到故障征兆后，即进入模式识别程序。将提取到的待检模型与预先设定好的参考模型相对比，从而判断出待检模型应划分为哪—类故障。当故障类别判定后，PLC程序产生对应故障的决策j6兀制，并通过中断程序，执行预定处理程序，将其响应作用于武器控制系统。T．制冷机不工作A．电源故障B．交流电源故障C．直流电源故障D．散热器故障E．散

7、热片温度高F．冷却风扇不转G．变频器故障H．回路无电，变频器不工作I一保险丝断J一回路有电，变频器不工作K．接触器未闭合L．线圈断路M．接触器卡住N．电动机不工作O一温度控制器故障P．电动机绕组线圈故障图2制冷机系统故障树图3故障诊断系统流程2．2故障树定性分析3．2程序设计故障树定性分析的主要任务也就是确定系统PLC故障诊断系统工作过程就是将采集到的各的最小割集。割集指的是故障树中的一些底事件的元件状态信息与参考模型相对比的过程。下面还以集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生。制冷机故障为例，部分程序如下，如图4所示。最小割集

8、指的是满足以下条件的割集：若将割集所1)一级故障含的底事件任意去掉一个它就不能再称为割集，否则该割集就不是最小割集。最小割集的意义就在于为确定了系统中的最薄弱环节，同时指出了系统的故障原因。根据最小割集的上行法(Sena