1　PLC診斷機(jī)電設(shè)備故障的基本原理 　　     機(jī)電設(shè)備的故障信號(hào)有開關(guān)量和模擬量之分，PLC采用不同的方法對(duì)這兩種信號(hào)對(duì)應(yīng)的故障進(jìn)行診斷。 1．1　基于開關(guān)量信號(hào)的故障診斷 　　     PLC對(duì)開關(guān)量信號(hào)的識(shí)別是通過(guò)其開關(guān)量輸入模塊完成的。 　　     PLC控制機(jī)電設(shè)備時(shí)，設(shè)備中的壓力、溫度、液位、行程開關(guān)及操作按鈕等開關(guān)量傳感器與PLC的輸入端子相連，每個(gè)輸入端子在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個(gè)“位”，每個(gè)“位”在內(nèi)存中為一個(gè)地址。輸入“位”的工作原理，。 IN代表開關(guān)量輸入，COM為信號(hào)公共端。IN為ON時(shí)，光敏三級(jí)管飽和導(dǎo)通，否則截止。故PLC的內(nèi)部電路可以“感知”開關(guān)信號(hào)的有無(wú)。讀取PLC輸入位的狀態(tài)值可作為識(shí)別開關(guān)量故障信號(hào)的根據(jù)。診斷開關(guān)量故障的過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是將PLC正常的輸入位狀態(tài)值與相應(yīng)的輸入位的實(shí)際狀態(tài)值相比較的過(guò)程。如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明機(jī)電設(shè)備處于正常工況，不一致則表明對(duì)應(yīng)輸入位的設(shè)備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于開關(guān)量信號(hào)故障的基本原理。 　　這種診斷方法，故障定位準(zhǔn)確，可進(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷。通過(guò)PLC的梯形圖編程，還可將故障診斷融入過(guò)程控制，達(dá)到保護(hù)機(jī)電設(shè)備的目的。 1．2　基于模擬量信號(hào)的故障診斷 　　     PLC對(duì)模擬量信號(hào)的識(shí)別是通過(guò)PLC的模擬量輸入輸出模塊來(lái)完成的。模擬量輸入輸出模塊采用A/D轉(zhuǎn)換原理，輸入端接收來(lái)自傳感器或信號(hào)發(fā)生器的模擬信號(hào)，輸出端輸出的模擬信號(hào)作用于PLC的控制對(duì)象。 　　     PLC診斷模擬量故障的過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是將在相應(yīng)A/D通道讀到的監(jiān)測(cè)信號(hào)的模擬量的實(shí)際值與系統(tǒng)允許的極限值相比較的過(guò)程。如果比較的結(jié)果是實(shí)際值遠(yuǎn)離極限值，則表明機(jī)電設(shè)備對(duì)應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，如果實(shí)際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設(shè)定開關(guān)可精確設(shè)置該極限值。 　　     當(dāng)模擬量的實(shí)際值達(dá)到模擬量設(shè)定開關(guān)的設(shè)定值，PLC還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動(dòng)開關(guān)量模塊上的輸出位，或者從PLC的通訊口主動(dòng)發(fā)起通訊，從而輸出故障診斷的結(jié)果，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的控制。 1．3　基于中斷方式的故障診斷 　　    PLC的中斷方式有： 　　   （1）輸入中斷。開關(guān)量模塊的輸入位? 蒓FF變?yōu)镺N時(shí)，由PLC的CPU執(zhí)行的中斷。 　　   （2）間隔定時(shí)器中斷。由一定精度的間隔定時(shí)器啟動(dòng)執(zhí)行的中斷。 　　   （3）高速計(jì)數(shù)器中斷。根據(jù)PLC內(nèi)裝的高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值執(zhí)行的中斷。 　　    其中，輸入中斷特別適合于機(jī)電設(shè)備的故障診斷。它對(duì)應(yīng)于工業(yè)計(jì)算機(jī)的硬中斷，屬于外部中斷，但PLC的輸入中斷可用PLC的外部指令來(lái)屏蔽。 　　    將機(jī)電設(shè)備的故障信號(hào)作為PLC的輸入中斷源，一旦出現(xiàn)故障信號(hào)，CPU立即響應(yīng)，停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到中斷子程序中去，即可方便地對(duì)故障進(jìn)行處理。它與直接利用PLC的內(nèi)部邏輯完成故障診斷的不同之處在于：采用輸入中斷處理故障時(shí)，可停止PLC主程序的執(zhí)行過(guò)程，而直接利用PLC的輸入和內(nèi)部邏輯處理故障時(shí)，PLC的主程序仍處于運(yùn)行狀態(tài)。因此，要根據(jù)故障對(duì)機(jī)電設(shè)備的影響程度選擇合適的故障診斷方式。PLC的輸入中斷方式對(duì)后果嚴(yán)重的突發(fā)故障的處理特別有用。

2　PLC在故障診斷系統(tǒng)中的作用 　　     故障診斷系統(tǒng)是典型的人機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的信息流向和功能劃分的結(jié)果，基于計(jì)算機(jī)智能化的故障診斷系統(tǒng)，。

　　系統(tǒng)的輸入模塊要完成機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)信號(hào)、控制指令和專家知識(shí)的接收工作。處理模塊要求能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)提取、控制指令代碼轉(zhuǎn)換的功能。專家知識(shí)的整理和表達(dá)由領(lǐng)域?qū)＜液拖到y(tǒng)專家協(xié)作完成?？刂颇K是故障診斷系統(tǒng)的核心，它根據(jù)控制指令，利用專家知識(shí)，完成從故障特征到故障原因的識(shí)別工作?？刂颇K的功能越完善，故障診斷系統(tǒng)的智能化程度越高。輸出模塊通過(guò)聲光報(bào)警裝置和人機(jī)界面，給出故障定位、預(yù)報(bào)和解釋的結(jié)果。其中，人機(jī)界面還能提供排除故障的技術(shù)路線。 　　     實(shí)現(xiàn)信息源從輸入模塊到輸出模塊的全自動(dòng)流向，減少人在其中的干預(yù)作用，是機(jī)電設(shè)備對(duì)其故障診斷系統(tǒng)的要求。采用PLC的故障診斷系統(tǒng)，有助于實(shí)現(xiàn)故障診斷過(guò)程的自動(dòng)化。 　　     PLC的開關(guān)量輸入模塊可用作為開關(guān)量故障信號(hào)的輸入裝置，模擬量輸入模塊可用作為模擬量故障信號(hào)的輸入裝置。這兩種模塊均能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。 　　     PLC的內(nèi)部邏輯可完成控制模塊中的邏輯推理功能。 　　     PLC的輸出模塊可直接驅(qū)動(dòng)故障診斷系統(tǒng)的輸出模塊。其中，輸出端子可用來(lái)控制聲光報(bào)警裝置和受控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程，顯示屏可作為人機(jī)界面使用。 　

3　利用PLC和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化診斷的方式 　　     實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備故障診斷的智能化，可充分利用專家知識(shí)，提高診斷效率，是故障診斷技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 　　     由于目前的PLC產(chǎn)品不具備自動(dòng)獲取和存儲(chǔ)專家知識(shí)的功能，所采用的編程語(yǔ)言無(wú)法完成控制層中的計(jì)算推理功能，因此，單純采用PLC的故障診斷系統(tǒng)的智能程度是相當(dāng)有限的。為此，可利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)，將PLC和計(jì)算機(jī)聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同構(gòu)成故障診斷的硬件系統(tǒng)。 　　     PLC采用并行分布式結(jié)構(gòu)，作下位機(jī)使用，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，可完成PLC的程序下裝，實(shí)施對(duì)多臺(tái)PLC的管理，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)專家知識(shí)，其輸入輸出設(shè)備可用作診斷過(guò)程的人機(jī)交互。PLC與計(jì)算機(jī)通過(guò)兩種方式聯(lián)接成一個(gè)整體：一是通過(guò)PLC的通訊口和計(jì)算機(jī)的通訊口進(jìn)行聯(lián)接，二是通過(guò)PLC的輸入輸出端子與計(jì)算機(jī)上的開關(guān)量板和A/D板進(jìn)行聯(lián)接。其中，PLC通過(guò)通訊口傳遞給上位機(jī)的故障信號(hào)多達(dá)兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，上位機(jī)要通過(guò)編碼進(jìn)行識(shí)別，而通過(guò)PLC輸出端子傳遞給上位機(jī)的故障信號(hào)，上位機(jī)要通過(guò)開關(guān)量板輸入端子的地址來(lái)識(shí)別。PLC輸入端子可接受來(lái)自上位機(jī)的控制信號(hào)或故障信號(hào)。 　      網(wǎng)絡(luò)中的PLC和計(jì)算機(jī)在故障診斷系統(tǒng)中各自扮演著不同的角色。通常情況下，故障診斷過(guò)程中復(fù)雜的邏輯判斷、開關(guān)量故障信號(hào)的檢測(cè)以及在嚴(yán)重故障狀態(tài)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行的保護(hù)可交給PLC完成，以充分發(fā)揮PLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算和人機(jī)交互可在上位機(jī)上完成。PLC檢測(cè)到的故障信號(hào)可通過(guò)通訊口或輸出端子傳給上位機(jī)，然后調(diào)用上位機(jī)存儲(chǔ)的專家知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分析、判斷、決策，并作出合理的解釋。上位機(jī)作出決策之后，又可通過(guò)通訊口或開關(guān)量板的輸出端口傳遞控制信號(hào)，并將控制權(quán)交給PLC。充分利用通訊口的功能，有利于減小PLC的規(guī)模。

4　應(yīng)用實(shí)例 　　    根據(jù)上述原理和方法，筆者在液壓AGC伺服油缸測(cè)控系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了如圖3所示的故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工業(yè)控制機(jī)為IPC610，通訊口為RS-232C，開關(guān)量板為PCL-725，A/D板為PCL-812PG，機(jī)電設(shè)備為AGC伺服油缸試驗(yàn)臺(tái)及其液壓泵站，PLC選用OMRON公司生產(chǎn)的CQM1產(chǎn)品。其中，1#PLC的開關(guān)量輸入模塊4塊（含CPU），開關(guān)量輸出模塊3塊，2# PLC的開關(guān)量輸入模塊2塊（含CPU），開關(guān)量輸出模塊2塊，模擬量輸入輸出模塊2塊。有21路開關(guān)量故障信號(hào)需要檢測(cè)（過(guò)濾器堵塞10，液位信號(hào)4，油溫信號(hào)4，行程開關(guān)信號(hào)3）；模擬量故障信號(hào)有4路需要檢測(cè)，其中，壓力信號(hào)2路，位移信號(hào)2路。 　　     液壓AGC伺服油缸是實(shí)現(xiàn)板帶高精度軋制的關(guān)鍵元件，在檢測(cè)過(guò)程中，其動(dòng)靜態(tài)性能出現(xiàn)不合格的情況時(shí)，需要方便準(zhǔn)確地判斷是油缸本身的問(wèn)題還是檢測(cè)系統(tǒng)的問(wèn)題。所設(shè)計(jì)的故障診斷系統(tǒng)能完成以下功能： 　　    （1）測(cè)試過(guò)程開始前，運(yùn)行故障診斷系統(tǒng)，檢查AGC伺服油缸測(cè)控系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài)。對(duì)于開關(guān)量，這個(gè)過(guò)程是上位機(jī)通過(guò)通訊口讀取PLC輸入位的狀態(tài)值并與其正常狀態(tài)值相比較的過(guò)程；對(duì)于模擬量，這個(gè)過(guò)程可用讀取模擬量閾值起動(dòng)的開關(guān)位的狀態(tài)值作為判斷的根據(jù)，也可將從PCL-812PG讀取的模擬量與其相應(yīng)的極限值相比較的結(jié)果作為判斷的根據(jù)。若發(fā)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)有故障，應(yīng)及時(shí)處理（上位機(jī)顯示屏給出具體故障的部位及排出故障的技術(shù)路線）。只有當(dāng)診斷結(jié)果為良好狀態(tài)時(shí)，才能進(jìn)行油缸的性能測(cè)試。 　 （2）如果測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)不合格的伺服油缸，應(yīng)重新運(yùn)行故障診斷系統(tǒng)。    （3）如果測(cè)試過(guò)程當(dāng)中，測(cè)控系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，則PLC通過(guò)通訊口或上位機(jī)輸入輸出板傳遞故障信號(hào)，使測(cè)控系統(tǒng)退出測(cè)試過(guò)程，屏幕給出故障診斷的結(jié)果和排除故障的建議。PLC通過(guò)聲光報(bào)警并切斷電機(jī)電源。

5　結(jié)　論 　　     PLC可為機(jī)電設(shè)備的故障診斷提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求，選用適當(dāng)?shù)腜LC，可豐富和完善診斷系統(tǒng)的功能。隨著PLC新產(chǎn)品的研制成功，它在故障診斷領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用前景。