基于FTA的PLC控制系统故障诊断技术研究

２ １ 故障树构建 ． 故 障 树 分 析 法 （ ａｌ Ｔ ｅ ａｙｉ Ｆ ｕｔ ｒｅ Ａｎ ｌｓ ｓ简 记 为
Ｆ Ａ）通 过对 可 能造 成系 统故 障 的各种 因素 （ 括 Ｔ 包
硬件 、软件 、环 境和人 为 因素等 ）由总体至 部分 按 树状 分支进 行逐 级细 化分 析 。画 出逻 辑框 图 （ 即故 障树 ） ，从 而 确定 系 统 故障 原 因 的各种 组 合方 式及 其 对系 统 的影 响 。 在 对某 武器 装备控 制 系统进 行 失效分 析后 ，将
判断出待检模型应划分为哪—类故障。当故障类别判定
后，Ｐ Ｃ 程序产生对应故障的决策ｊ制 ，并通过中断程 Ｌ ６ 兀 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 散热 片温度高 ．
善 ， 自动 化程度 越来 越 高 。可编程 控 制器 （ Ｌ Ｐ Ｃ）
信 号 ，Ｃ Ｕ立 即响应 ，停 止正 在执行 的程 序 ，转到 Ｐ 中断子程 序 中去 ，即可方 便地 对故 障进 行处理 。它 与直 接利 用Ｐ Ｃ 内部逻 辑 完成 故障 诊断 的不 同之 Ｌ 的
处在 于 ：采 用输 入 中断处 理故 障 时 ，可 停止Ｐ Ｃ Ｌ 主
现 故障 。 Βιβλιοθήκη Baidu （ ）发现 故 障后 及 时 向控 制 器 发送信 息 ， 以 ２
要 求系 统立 即停机 并 向操 作人 员 声光报 警 。
（ ）二级 故障 ：对 控制 过程 不立 即产 生影 响 ， ２ 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 。
程序 的执 行 过程 ，而 直接 利用Ｐ Ｃ Ｌ 的输 入和 内部 逻
辑处 理故 障 时Ｐ Ｃ的主 程序 仍处 于运行 状态 。 Ｌ
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 这些难 题 ，本 文 以某武 器 电气 控制 系统 为例 ， Ｐ Ｃ控制 系统 故障模 式进 行深 入 对 Ｌ 研 究 ，对故 障进行 分类 ，建立 了控 制系 统 的通 用 故 障模 型 ，为 Ｐ Ｃ控 制系 统故 障诊 断奠 定 了基 础 。 Ｌ
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 。 根据 上述 Ｐ Ｃ控 制系 统故 障模 式 ， 建立 一种 Ｌ 可 通 用故 障模 型如 图 １ 示 。 所 当Ｐ Ｃ提取 到故 障征 兆 ，根据 当前 故 障所 属等 Ｌ 级 ，然后通 过 中断选 择相应 的响应方 式 。武 器设 备 的故障信 号作 为Ｐ Ｃ的输 入 中断源 ，一 旦 出现故 障 Ｌ
然后采用 Ｆ Ａ （ ａｌＴｅ ｎ ｌｓ ）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 Ｔ Ｆ ｕｔ ｒｅ ａ ｉ Ａ ｙｓ
构 建 了基 于 Ｐ Ｃ 的故 障诊 断系 统 。 Ｌ 关键词 Ｆ Ａ 故障诊断 Ｔ ＰＣ Ｌ
随着科 学技 术 的发展 和工业 化进 程 的加快 ，现 代 工业 控 制 系 统 结 构 越 来 越 复 杂 ， 功 能越 来 越 完
精 密制 造 与 自动 化
２ １ 年第 ２ ００ 期
基 于 Ｆ Ａ 的 Ｐ Ｃ控 制 系 统 故 障诊 断技术 研 究 Ｔ Ｌ
张 向 前
中国人 民解放 军 ６ ６ ５ 队 ３５ 部
摘 要
（４ ７０ ８ １０ ）
Ｐ Ｃ在工业生产 中应用非常广泛 。 Ｌ 文章首先对 Ｐ Ｃ控制 系统进行分析 ， Ｌ 并建立 了～种通用故障模型。
断 电 刹车 屏 蔽 升级 警 示
图１ 通用故障模型
１ 通 用化 故 障模型
根 据控 制系 统故 障 的轻 重缓 急 ，以及 响应 故 障 的时 间要求 ，Ｐ Ｃ控制 系统 的故 障等级 分类 如下 ： Ｌ
（ ）一 级 故障 ：可 能产 生严 重 后果 的故 障 。 １
因此 ， Ｌ 控 制 系统故 障诊 断 的功能如 下所 示 ： ＰＣ （ ）实 时监 测控 制 系 统 的状 态信 息 ，及 时发 １
以其 高可靠 性和 一系 列独特 的优 点 ，在 自动化 领域 已形成 一种 工业控 制趋 势 。 基于 Ｐ Ｃ的控 制系 统在 Ｌ 国防武 器装备 上 也得到 了广 泛 的应用 。武 器性 能 的 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
一
便控制 器采 取相 应 的措施 。 （ ）保 存 故 障 时必 要 的状 态信 息 ，为远 程诊 ３
断 中心 提供 可靠 依据 ，避 免人工 描述 不准确 性 。
段 时 间后 如 故障仍 存在 ，则 故障升 级 。
２ 故 障树 的应 用
（ ）三 级 故 障 ：程序 检测 到 的一般 性 错 误或 ３
如图 ３所示，控制系统状态的特征信号—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 Ｐ Ｃ提取到故障征兆后，即进 入 Ｌ 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
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精密 制造与 自动化
制冷机 不工 作定义 为一 级故 障 。下面制 冷机 系统为 例 ，它 由冷凝 器 、变频器 、 电动 机 、电源 装 置等组
２ １ 年第 ２ ００ 期 ３ 故 障诊 断系统 构建
３ １ 系统流 程 ．
成 。建 立该 制冷机 系统 的故 障树 ，如 图２ 示 。 所
Ｆ冷 却风 扇 不 转 Ｇ 变 频 器 故 障 Ｈ 回 路无 电 ， 频 器 不 工 作 ． ． ． 变