金寧寧 任艷艷

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州450046）

0 引言

可編程邏輯控制器（PLC）是一種集計(jì)算機(jī)、自動化以及通信技術(shù)為一體的現(xiàn)代工業(yè)電氣設(shè)備控制器，廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中，使得電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制具備了可能。電氣設(shè)備的故障遠(yuǎn)程診斷及控制技術(shù)雖然取得了一定的進(jìn)步，但是在實(shí)施過程中仍然存在較多的問題，比如電子信號在傳輸過程中的衰減幅度較大導(dǎo)致信號失真，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全問題以及不同電氣設(shè)備操作平臺系統(tǒng)的兼容性問題一直阻礙著遠(yuǎn)程故障診斷的廣泛應(yīng)用等。本文通過查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，并結(jié)合筆者多年的電氣設(shè)備故障診斷經(jīng)驗(yàn)，對以PLC控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)進(jìn)行了深入的探究。

1 PLC遠(yuǎn)程控制電氣設(shè)備的基本原理及診斷方法

PLC的工作原理與普通計(jì)算機(jī)的工作原理是不同的，其執(zhí)行任務(wù)的形式與繼電器控制系統(tǒng)也不盡相同，PLC執(zhí)行的是串行任務(wù)命令。PLC在電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用主要是通過循環(huán)掃描的方式實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場所有電氣設(shè)備的診斷，并對搜集的掃描信號進(jìn)行處理，然后經(jīng)過PLC中的中央數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行分析處理，最后將結(jié)果輸出到控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去。

由于現(xiàn)代化的電氣設(shè)備高度智能化和自動化，因而在實(shí)際使用過程中可能出現(xiàn)的故障多種多樣，這其中就包括了軟件故障和硬件故障等類別。對于電氣設(shè)備控制而言，所使用的方法主要包括以下2種：（1）數(shù)據(jù)推理法。數(shù)據(jù)推理法主要包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、多參數(shù)引用分析法。PLC在很多電氣故障診斷的過程中都是采用該方法，即通過對輸入與輸出信號的檢測，然后與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，從而對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有一個合理的判斷。PLC控制處理系統(tǒng)會對每個故障所產(chǎn)生的原因進(jìn)行匹配，但是如果這種故障在以前設(shè)備運(yùn)行的過程中并沒有出現(xiàn)，則很難診斷出來。（2）模型診斷法。這種診斷方法的基本原理是將需要檢測的設(shè)備模塊的輸入與輸出之間采用一定的關(guān)系式來表明，并將這種潛在的關(guān)系存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便于對電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。

2 PLC遠(yuǎn)程控制診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 遠(yuǎn)程控制診斷系統(tǒng)的構(gòu)成及故障診斷過程

該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 故障診斷系統(tǒng)框架圖

PLC對輸入信號的識別是通過電氣控制設(shè)備中的相關(guān)操作開關(guān)和相關(guān)繼電器的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。首先PLC中的中央處理器會把輸入的數(shù)據(jù)信號暫時存儲在CPU中，然后經(jīng)過數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器將輸入端子的電流信號、電壓信號或者力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；在具體服務(wù)掃描的過程中，直接讀入數(shù)據(jù)存儲區(qū)。PLC在診斷故障信號處理過程的本質(zhì)就是將那個經(jīng)過轉(zhuǎn)化的模擬信號直接與電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)所允許的極限值相比較的過程，如果模擬信號量在所允許的極限范圍之內(nèi)，則說明該輸入點(diǎn)的設(shè)備運(yùn)行處于正常的狀態(tài)，超過極限范圍值則說明設(shè)備的檢測部分處于故障狀態(tài)。

通常來說，自動化電氣設(shè)備的故障診斷過程主要由以下5個部分組成：（1）信號采集：PLC所搜集到的信號類型主要有連續(xù)信號和離散信號2類；（2）信號處理：目前PLC信號處理的方式包含A／D轉(zhuǎn)換和信息編碼程序；（3）控制網(wǎng)絡(luò)的連接：通常采取的是撥號上網(wǎng)或者是專線上網(wǎng)；（4）PLC處理器診斷分析：模型分析、故障樹系統(tǒng)分析、專家系統(tǒng)；（5）形成分析報(bào)告，如正常檢測報(bào)告、故障報(bào)告以及設(shè)備運(yùn)行趨勢預(yù)報(bào)等。

2.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下3個方面：（1）ASP與WEB數(shù)據(jù)庫技術(shù)：ASP動態(tài)網(wǎng)頁交換技術(shù)編寫比較容易，不需要進(jìn)行編譯，直接放在網(wǎng)站的目錄下就可以運(yùn)行，與瀏覽器類別的相關(guān)程度較小，目的是為了可以使用外部程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問。（2）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸方式：遠(yuǎn)程診斷中心需要對每個電氣設(shè)備運(yùn)行的工作站的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，同時還需要為客戶提供相應(yīng)的設(shè)備診斷結(jié)果和維修建議。通常各個電氣設(shè)備工作站所采集的數(shù)據(jù)信號主要包括壓力信號、速度信號、轉(zhuǎn)速信號以及電流信號等。為了解決這些數(shù)據(jù)信號傳輸問題，通常采用流式套接口，建立起客戶與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)信號傳輸通道，并將服務(wù)器收集到的數(shù)據(jù)存儲到診斷中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，然后以電氣設(shè)備的各種工藝參數(shù)和材料結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的診斷設(shè)備特征參數(shù)通過客戶端的網(wǎng)頁瀏覽器，實(shí)現(xiàn)與診斷中心的數(shù)據(jù)連接。（3）電氣設(shè)備診斷信息數(shù)據(jù)庫的存儲：診斷中心的數(shù)據(jù)庫通常包含了電氣設(shè)備的運(yùn)行壓力、溫度、電流和電壓等動態(tài)運(yùn)行的數(shù)據(jù)信號；對于設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)而言，實(shí)時采集的數(shù)據(jù)量比較大，這些數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)一般選擇SQL Sever 2000提供的text的數(shù)據(jù)類型，這種數(shù)據(jù)類型的主要特點(diǎn)是可以存儲大量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

2.3 電氣設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷模塊

對于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集及傳輸模塊而言，主要內(nèi)容有數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)信號的發(fā)送與接受以及設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)的動態(tài)存儲；在數(shù)據(jù)信號分析模塊中，采用的信號分析方法主要包括時間序列分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、頻譜分析、小波分析等。以上2個組成模塊的開發(fā)語言主要是以C＋＋語言為主，對于在信號數(shù)據(jù)分析處理模塊中所涉及的各種信號處理方法而言，它們都可以獨(dú)立地生成DLL格式的文件。由于自動化電氣設(shè)備的內(nèi)在復(fù)雜性，導(dǎo)致遠(yuǎn)程診斷的故障種類也很多，所以PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)要求具有較高的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)內(nèi)部模塊的組合，從而滿足電氣設(shè)備故障診斷的需要。

2.4 電氣設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的工作模式

以PLC控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)通常采用3層工作模式：第一層是客戶端，主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行資料的簡單查詢和設(shè)備故障相關(guān)參數(shù)的提交處理；第二層是應(yīng)用服務(wù)層，主要功能是在用戶與數(shù)據(jù)服務(wù)之間架起橋梁，根據(jù)客戶端提出的應(yīng)用診斷需求，對采集的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果反饋給客戶；第三層是數(shù)據(jù)管理層，主要功能是實(shí)現(xiàn)故障信號檢測的存儲、維護(hù)以及訪問和更新，滿足用戶端對數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的需求。

3 結(jié)語

隨著電氣設(shè)備的自動化程度越來越高，由于電氣設(shè)備使用過程中工作環(huán)境的不確定性增加，可編程邏輯控制器（PLC）開始廣泛應(yīng)用于自動化電氣設(shè)備故障診斷的各個領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備關(guān)鍵零部件的動態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程故障診斷。本文對以PLC控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)進(jìn)行了深入的探究，希望能對相關(guān)人士有所裨益。

［1］鐘肇新，范建東，彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.第3版.華南理工大學(xué)出版社，2004

［2］邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用［M］.清華大學(xué)出版社，2003

［3］石榮德，趙廷弟，屠慶慈，等.故障診斷專家系統(tǒng)［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，1995（4）

［4］葉明，張明友.基于產(chǎn)生式汽車零部件失效分析專家系統(tǒng)的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（4）