基于PLC信息的电控系统故障定位原理及软件实现

2000年3月第14卷第1期湖北汽车工业学院学报Jour nal o f Hubei Automo tiv e Industries InstituteM ar.2000V ol.14N o.1文章编号:1008-5483(2000)01-0034-04基于PLC信息的电控系统故障定位原理及软件实现张高煜1,陈春溶2,张勇3(1.湖北汽车工业学院电气工程系,湖北十堰442002; 2.湖北汽车工业学院高教研究室,湖北十堰442002; 3.东风汽车公司,湖北十堰442002) 摘　要:通过对基于PL C语句表程序控制设备的故障产生机理的剖析,论证了诊断规则自动生成的可能性和故障定位的准确性,并对如何编制相关的人工智能软件作了一些说明。

关键词:P LC;语句表程序;故障定位中图分类号:T G519.1 文献标识码:A1　引言工业现场中,由于电控系统的复杂程度以及输入输出元件的数目庞大,一旦其发生故障,对于维修人员来说,准确、迅速地找出故障点和故障原因,没有几年的现场经验和一定的理论知识,则很难做到。

因此,为减轻故障诊断人员的工作量,笔者特编制了一套故障定位软件,在PLC语句表程序控制运行的设备出现故障时,可以快速准确地找出故障发生的大致范围。

如果有需要,还可以进行简单的人机对话,将可能故障点数目缩小到维修人员可以轻易承受的程度之内。

2　基于PLC语句表程序的故障定位原理含有PLC的电控设备一旦有故障发生,其原因大多是PLC输出端的执行元件故障和输入端的控制按钮和行程开关故障。

而所谓故障特征,即是对于维修人员来讲可以看到的执行元件的故障现象,如液压阀,继电器卡死或失效等,这些浅层故障是较容易查找和排除的。

但是,如果已经排除了执行元件故障引起的可能性,那么产生输出端的误动作或不动作等故障现象就是输入端故障引起的。

而对于输入端的故障定位则是费时费力的工作,人工查找是由技术人员对PLC梯形图进行分析,由已知故障输出点号回溯查找和此故障点相关的输入点的集合作为可能的故障源集,从而确定最有可能出现故障的输入点号并现场查验。

如果电控系统的I/O点数较少,技术人员所费时间少,而一般的工业控制系统I/O点数都在百点以上,而且语句表程序中又存在互锁和自锁等基本的控制方式,使得由输出查输入的人工查找变得相当费力,经常会顾此失彼。

那么,编制一套应用软件来模拟技术人员由输出点人工查找输入点故障的过程,就可以省时省力。

⒇收稿日期:2000-01-21作者简介:张高煜(1972-),男,1993年大学毕业,讲师,研究生。

为使得本软件有较强的通用性,特采用基于规则的正向推理方式。

2.1　故障逻辑表达式的概念及含义以和泉系列的两段PLC 语句表程序为例,阐述将语句表程序转换成故障逻辑表达式的过程。

2.1.1　简单语句表程序转换的故障逻辑表达式 LOD 1OR2AND 3OU T200上段程序所对应的梯形图如图1所示:图1　简单输入输出逻辑关系的梯形图 设S n 为点号为n 的输入、输出或中间继电器发生故障且故障现象为误动作。

设F n 为点号为n 的输入、输出或中间继电器发生故障且故障现象为不动作(即失效)。

则由图1可知:S 200=S 3∩(S 1∪S 2)若用“+”代替“∪”,“*”代替“∩”,则上式可化为S 200=S 3*(S 1+S 2)=S 3*S 1+S 3*S 2(1)含义为:若点号为200的输出点误动作,则故障原因为输入3号点、1号点同时故障误动作或3、2号点同时故障误动作。

与(1)式相对应的有: F 200=F 3+F 1*F 2(2)含义为:若点号为200的输出点故障不动作,则故障原因为输入3号点故障不动作或1、2号点同时故障不动作。

对于(1)式,可知,当S 200出现时,S 3是必然发生的事件,而S 1和S 2却可二者择其一。

所以在故障预测或输入点故障查找时,首先考虑3号点状态,然后是1和2号。

对于(2)式可知:当F 200出现时,F 3或F 1*F 2都是可能发生的事件。

由于F n 为独立事件,设点号为n 的输入、输出或中间继电器在事件F 200发生时的故障不动作发生的条件概率为P (F n |F 200)<1,则可知:P(F 3|F 200)>P((F 1*F 2)|F 200)=P(F 1|F 200)*P(F 2|F 200)亦即,首先考虑检验3号点状态,然后是1、2号。

2.1.2　含有自锁与互锁逻辑的语句表程序转换的故障逻辑关系为使故障定位有通用性,对复杂的、有代表性的一段PLC 程序进行分析。

—35—第14卷第1期 张高煜等:基于P LC 信息的电控系统故障定位原理及软件实现 LID 1 AN DNO T 4AND 2O U T401ANDNO T 401LOD 400OU T400O R 401LD3O U T 200OR401图2　复杂逻辑的语句表程序对应的梯形图 以上是一段含有自锁与互锁逻辑的语句表程序,对应的梯形图如图2所示。

其语句表逻辑推导如下: S 200=S 400+S 401(3)S 401=S 3+F 4(4)S 400=F 401*S 1*S 2+F 401=F 401(5)F 401=S 4+F 3(6)由(3)、(4)、(5)、(6)式可推出　S 200=F 401=S 4+S 3+F 4+F 3(7)F 200=F 400*F 401(8)F 400=S 401+F 1+F 2(9)由(4)、(6)、(8)、(9)可推出 F 200=(S 401+F 3+F 2)*F 401=(F 4+F 1+F 2)*F 401=(F 4+F 1+F 2)*(S 4+F 3)=F 4*S 4+F 4*F 3+F 1*S 4+F 1*F 3+F 2*S 4+F 2*F 3=0+F 3*(F 4+F 1+F 2)+S 4*(F 1+F 2)(10)由(7)式可知,事件S 4、S 3、F 4、F 3、对事件S 200的重要程度是一样的。

所以故障定位于3、4号点。

由(10)式可知,事件F 3或S 4是F 200发生的必要条件,事件F 3总伴随F 4、F 1、F 2发生,事件S 4总伴随F 1、F 2发生,而且又有P ((F 4+F 1+F 2)|F 200)>P ((F 1+F 2)|F 200)所以,F 3对事件F 200的重要度优于S 4的重要度。

3　基于PLC 语句表程序的故障诊断规则的计算机自动生成由于不同的语句表程序的复杂性、多变性,将故障逻辑关系转换为故障诊断规则要比转换为故障树容易的多,并且推理机的设计也更加方便,所以本应用软件采用的是基于规则的推理,而故障诊断规则不是人工输入,而是编制程序使计算机扫描已存成文本文件的PLC 语句表程序[1],自动生成诊断规则,存入硬盘中。

鉴于篇幅,规则自动生成的算法略去,这里只将结果列出。

对应于图1的梯形图所表达的语句表程序生成规则如下:—36— 湖北汽车工业学院学报 2000年3月表1　简单语句自动生成的规则规则号　前提 结论可信度Rule 1IF S 200T HEN S 3&S 20.5Rule 2IF S 200T HEN S 3&S 10.5Rule 3IF　F 200T HEN F 30.5Rule 4IF F 200T HEN F 1&F 20.5对应于图2的梯形图表达的PLC 语句表程序生成的规则如表2表2　复杂语句自动生成的规则规则号　前提 结论可信度Rule　1IF S 200T HEN S 4010.5Rule 2IF S 200T HEN S 4000.5Rule　3IF S 401T HEN F 40.5Rule 4IF S 401T HEN S30.5Rule　5IF S 400T HEN F 4011Rule 6IF F 401T HEN S 40.5Rule　7IF F 401T HEN F 30.5Rule 8IF F 200T HEN F 400&F 4011Rule　9IF F 400T HEN S 4010.33Rule 10IF F 400T HEN F 10.33Rule 11IF F 400T HEN F 20.334　推理机的设计原理:根据人机对话输入的故障特征,打开规则库,逐条提取规则,检验其前提(故障现象)和结论(故障原因),找出与输入的故障特征所对应的不可再分的故障原因放入源集合中[2],再对这些可能故障源原因进行优先级排序,使技术人员先从故障可能度最大的输入点号查起。

举例:当输入故障特征为F 200后,推理机程序通过规则的反复调用与查找,得到不可再分的故障原因,F 4*S 4、F 4*F 3、F 1*F 3、F 2*S 4、F 2*F 3,而F 4*S 4=0,所以共有5个可能原因放入可能故障源集合中,这5个故障原因中,事件F 3出现的次数为3,事件F 1或F 2、S 4的出现次数为2,所以F 3的故障优先级最高。

5　结束语综上所述,通过对基于PLC 语句表程序控制的设备故障产生机理的剖析,论证了诊断规则自动生成的可能性和故障定位的准确性,并对如何编制相关的人工智能型的软件做了一些说明。

参　考　文　献[1]　张高煜.几个C 语言函数在译码程序中的应用[J].湖北汽车工业学院学报,1999,13(1):44～48.[2]　闻新等.控制系统的故障诊断和容错控制[M ].北京:机械工业出版社,1998.(下转第41页)—37—第14卷第1期 张高煜等:基于P LC 信息的电控系统故障定位原理及软件实现 参　考　文　献[1]　Kevin Skahill.可编程逻辑系统的V HDL 设计技术[M ].南京:东南大学出版社,1998.315～324.[2]　黄正瑾.在系统编程技术及其应用(第2版)[M ].南京:东南大学出版社,1999.39～46.[3]　查振亚.数字系统设计与开发[M ].武汉:华中理工大学出版社,1996.Application of Pipeline Technique in EDA DesignJ I AN G Wei -rong(Dept .of Electrical Engineering ,Hubei Au tomotive Indus tries Ins titu te ,Sh iyan 442002,China )Abstract :This pa per discusses the applica tion of pipeline technique w hich is used in very la rg e-scale integ ra ted circuit such as FPGA and C PLD.An exam ple is giv en and the result is also discussed in this paper .Key words :FPGA;C PLD;pipeline technique(Received January 20,2000)(上接第37页)The Theory &Realization of Trouble -Locatingin PLC Control SystemZ HAN G G ao -yu 1,C HEN Chun -rong 2,Z H AN G Yong 3(1.Dept .of Electrical Engin eering ,Hubei Au tomotiv e Indus tries Ins titute ,Shiyan 442002,China ;2.Dept.of High er Education R esearch,Hubei Au tomo tive Indus tries Ins titu te,Sh iyan 442002,China;3.Dong Feng M o tors Corporation,Shiyan 442002,China)Abstract:This pa per ,throug h a naly zing the reason o f PLC contro l system trouble ,demo-nstrates the possibility and accuracy of trouble-locating a nd giv es some explana tion on w riting the relev ant a rtificial intelleg ence softwa re.Key words :PLC;PLC pro gram;trouble-lo cating(Received January 21,2000)—41—第14卷第1期 蒋伟荣:ED A 设计中流水线技术的应用 。