摘要：本文重點(diǎn)討論P(yáng)LC控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)的故障診斷方法。
關(guān)鍵詞：PLC;機(jī)電一體化;故障機(jī)理與模型;故障診斷
1.前言
隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展及機(jī)電一體化系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，對其可靠性的要求越來越高，從而使機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性研究日益受到廣泛重視。RAS技術(shù)的研究和發(fā)展為機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性研究提供了廣泛的理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。在RAS技術(shù)中，為了比較預(yù)定要修復(fù)系統(tǒng)的可靠度。常采用系統(tǒng)的利用率的定義：
從上式中可以看出：欲提高n則必須從減小妒和t兩個(gè)方面著手，即RAS技術(shù)所研究的兩個(gè)主要問題：可靠性設(shè)計(jì)和故障診斷技術(shù)。減小妒意味著使系統(tǒng)不出或少出故障，而對于一個(gè)系統(tǒng)而言盡管從可靠性設(shè)計(jì)、元件的嚴(yán)格篩選到可靠的工藝措施都考慮得很周密，但事實(shí)證明：要確保一個(gè)系統(tǒng)不出故障，這是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的;減小t意味著當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，如何檢測故障，判斷故障的原因，并準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，以便減小維修時(shí)間，這就需要故障診斷技術(shù)。本文針對機(jī)電一體化系統(tǒng)討論其故障機(jī)理、故障模型及診斷方法。
2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的故障機(jī)理與故障模型
眾所周知：機(jī)電一體化技術(shù)涉及范圍十分廣泛。不同的系統(tǒng)規(guī)模有著不同的控制裝置。PCL由于結(jié)構(gòu)緊湊、性能價(jià)格比較高、編程容易，尤其它的高可靠性和高抗干擾性能，使它作為機(jī)電一體化的一項(xiàng)技術(shù)及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中作為順序控制和過程控制的核心控制裝置，正在機(jī)電一體化領(lǐng)域中起著愈來愈重要的作用。在控制系統(tǒng)中，PLC主要用來擔(dān)負(fù)對各類檢測開關(guān)的輸入和對各種輸出執(zhí)行元件的控制。
所謂各類輸入檢測開關(guān)指的是控制按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、限位開關(guān)、無觸點(diǎn)開關(guān)、光電開采以及壓力開關(guān)等;而輸出執(zhí)行元件主要指的是各類繼電器、接觸器、電磁閥等。在PLC控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，其控制裝置本身的可靠性已經(jīng)基本解決。大量的故障機(jī)理的研究資料和實(shí)踐表明：運(yùn)行過程所發(fā)生的故障，主要來源于輸入檢測開關(guān)和輸出執(zhí)行元件。對于一個(gè)比較復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。查找和發(fā)現(xiàn)輸入檢測開關(guān)和輸出執(zhí)行元件的故障一般是比較麻煩和復(fù)雜的，也需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。因此，對輸入檢測開關(guān)和輸出執(zhí)行元件進(jìn)行故障診斷，這對于縮短維修時(shí)間，提高系統(tǒng)的利用率顯然具有重要的意義。
一般來說，輸入檢測元件和輸出執(zhí)行元件的故障主要有兩種表現(xiàn)形式，即瞬時(shí)性故障和永久性故障。前者主要由輸入輸出的觸點(diǎn)抖動或其它瞬時(shí)干擾所引起的。對此可采用硬件去抖動和抗干擾線路、軟件延時(shí)、重讀等措施進(jìn)行處理。由于PLC內(nèi)部本身已經(jīng)具備了高抗干擾性能，且工作時(shí)對輸入、輸出始終處于循環(huán)掃描狀態(tài)，因此一般瞬時(shí)性故障是可以避免的，永久性故障則分為固定于1(s—a一1)和固定于0(s—a一0)兩種。這種故障表現(xiàn)出來的不正常現(xiàn)象是：在正常的激勵(lì)信號作用下，該接通的沒有接通，該斷開的沒有斷開，這些故障與系統(tǒng)工作狀態(tài)和信號流密切相關(guān)。因此必須從故障的影響范圍抽象出故障的特征，從而得到故障模型。
在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，輸出執(zhí)行元件和輸入檢測元件一個(gè)比較典型的關(guān)系是：執(zhí)行元件YA控制一運(yùn)動部件在A、B之間運(yùn)動，為了檢測運(yùn)動部件的位置，在A、B兩處分別裝上檢測開關(guān)SQ.和SQB。當(dāng)YA通電時(shí).運(yùn)動部件從A向B運(yùn)輸，到B后停止;當(dāng)YA失電后，運(yùn)動部件從B返回到A而停止。對于這種形式的運(yùn)動，其故障模型可表示為：
式中：t——運(yùn)動部件由A向B或者由B向A的運(yùn)動時(shí)間。
由式(4)分析可知：當(dāng)F=0時(shí)，表明該部件未發(fā)生故障，反之，若F=I時(shí)，則表明該部件已經(jīng)發(fā)生故障。為了更準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，可將上式進(jìn)行分解：
由上述分析可知，上述故障模型的特點(diǎn)是：基本上代表了所有機(jī)電一體化系統(tǒng)中開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的故障狀態(tài)。這種模型和它的分解可以將故障定位到某一元件的某一故障形式，這種模型很容易從梯形圖人手編制故障檢測控制程序。實(shí)現(xiàn)故障的檢測。
3.故障診斷
故障診斷的實(shí)現(xiàn)，首先是故障檢測。對于式(4)所示的故障模型。采用PLC進(jìn)行故障檢測是很容易的，而且不受其編程語言的任何限制。
當(dāng)故障檢測出來后，則應(yīng)以可見性方式告知操作者，即故障的顯示問題。故障顯示根據(jù)系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，可分為兩種不同的方式。對于PLC作為主控裝置的系統(tǒng)，故障顯示的方法常常是將系統(tǒng)可能發(fā)生的故障按順序編號。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，PLC對發(fā)生的故障按編號進(jìn)行譯碼，把結(jié)果送數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。操作者根據(jù)顯示數(shù)字查表即可知道故障發(fā)生點(diǎn)。
當(dāng)PLC作為主控計(jì)算機(jī)的下一級控制裝置時(shí)，主控計(jì)算機(jī)用串行或并行方式與PLC進(jìn)行通訊，獲取PLC的有關(guān)信息。系統(tǒng)發(fā)生任何一個(gè)或多個(gè)故障后，PLC發(fā)出一個(gè)中斷請求信號請求主機(jī)中斷，主控計(jì)算機(jī)中斷后，從PLC中將有關(guān)故障信號讀出，并根據(jù)其狀態(tài)判斷故障發(fā)生點(diǎn)，然后將故障發(fā)生的部位、原因、維護(hù)方法法顯示在CRT上，給操作者提供維修信息，達(dá)到減小維修時(shí)間，提高系統(tǒng)利用率的目的。
考慮到目前機(jī)電一體化系統(tǒng)的用戶程序大都以CCDOS作為環(huán)境的實(shí)際情況，同時(shí)又考慮到故障診斷的實(shí)時(shí)性、快速性、實(shí)用性和通用性，故障的顯示可采用直接寫屏的漢字處理方式，其方法是：
1.在uCDOs環(huán)境下建立故障信息源文件，它包括故障號、故障部位、故障原因和維修方法等。
2.根據(jù)源文件自動生成專用漢字庫，專用漢字庫只包括故障顯示所需的各種漢字。
3.根據(jù)專用漢字庫自動生產(chǎn)顯示指針表，指針表指出各不同故障所顯示的內(nèi)容在專用漢字庫中的位置。
4.如有故障，讀狀態(tài)區(qū)，判別故障點(diǎn)，顯示相應(yīng)的漢化故障信息供操作者使用。
4.結(jié)束語
對PLC控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。其診斷決策是面向輸入檢測元件和輸出執(zhí)行元件，重點(diǎn)診斷這些部件可能發(fā)生的永久性故障。其方法是根據(jù)故障極力建立故障模型，再用PLC的程序?qū)崿F(xiàn)故障檢測，將檢測到的故障信息用可見性方法告知操作者。這種故障診斷方法對于無論是PLC作為主控裝置還是僅將PLC作為輸入輸出控制部件的機(jī)電一體化系統(tǒng).都是十分有用而有效的一種故障診斷方法。
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