0 引言

　　隨著科學技術的飛速發展和工業化進程的加快，現代工業控制系統的結構越來越復雜，功能越來越完善，自動化程度越來越高?；赑LC的控制系統在國防武器裝備上也得到了廣泛的應用，武器性能的提高，也帶來了維修保障的諸多問題。其典型問題是檢測流程復雜、故障診斷有效手段缺乏、維護保障成本高，這些問題嚴重影響著武器裝備的完好性和壽命周期費用。為了解決這些難題，本文以某武器電氣控制系統為例，對PLC控制系統故障模式進行深入研究，建立了控制系統的通用故障模型，為PLC控制系統故障診斷奠定了基礎。

1 通用化故障模型

　　根據控制系統故障的輕重緩急以及響應故障的時間要求，對PLC控制系統的故障分類如下：

　　(1)一級故障：可能產生嚴重后果的故障，要求系統立即停機并向操作人員聲光報警。

　　(2)二級故障：對控制過程不利，即產生影響。由故障處理程序進行自糾正處理，并通過信號輸出模塊屏蔽錯誤信號，同時向操作人員做聲音報警；若一段時間后故障仍存在，則故障升級。

　　(3)三級故障：程序檢測到的一般性錯誤或異常，只記憶并向操作人員做出相應的指示，控制程序繼續執行。

　　根據上述PLC控制系統的故障模式，可建立一種通用故障模型，如圖1所示。

　　當PLC提取到故障征兆，根據當前故障所屬等級，通過中斷選擇相應的響應方式。武器設備的故障信號作為PLC的輸人中斷源，一旦出現故障信號，CPU立即響應，停止正在執行的程序，轉到中斷子程序中去，即可方便地對故障進行處理。它與直接利用PLC的內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可停止PLC主程序的執行過程，而直接利用PLC的輸入和內部邏輯處理故障時PLC的主程序仍處于運行狀態。

2 故障樹的應用

　　2.1 故障樹的構建

　　故障樹分析法(Fault Tree Analysis，簡記為FTA)通過對可能造成系統故障的各種因素(包括硬件、軟件、環境和人為因素等)由總體至部分按樹狀分支進行逐級細化分析，畫出邏輯框圖(即故障樹)，從而確定系統故障原因的各種組合方式及其對系統的影響。在對某武器裝備控制系統進行失效分析后，將制冷機不工作定義為一級故障。制冷機系統由冷凝器、變頻器、電動機、電源裝置等組成。建立該制冷機系統的故障樹，如圖2所示。其中，丁為制冷機不工作；A為電源故障；B為交流電源故障；C為直流電源故障；D為散熱器故障；E為散熱片溫度高；F為冷卻風扇不轉；G為變頻器故障；H為回路無電，變頻器不工作；J為保險絲斷；J為回路有電，變頻器不工作；K為接觸器未閉合；L為線圈斷路；M為接觸器卡??；N為電動機不工作；O為溫度控制器故障；P為電動機繞組線圈故障。

　　2.2 故障樹定性分析

　　故障樹定性分析的主要任務也就是確定系統的最小割集。割集指的是故障樹中的一些底事件的集合，當這些底事件同時發生時，頂事件必然發生。最小割集指的是滿足以下條件的割集：若將割集所含的底事件任意去掉一個它就不能再稱為割集，否則該割集就不是最小割集。確定最小割集的意義就在于確定了系統中的最薄弱環節，同時指出了系統的故障原因。

3 故障診斷系統構建

　　3.1 系統流程

　　圖3為故障診斷系統流程?？刂葡到y狀態的特征信號一般分為3種形式：①以能量形式來表現特征信號，如溫度、壓力、流量等；②以數字形式來表現特征信號，如總線數據流、數字信號流等；③以直接的物理狀態來表現特征信號，如開關的閉合、電機的啟停等。當PLC提取到故障征兆后，即進入模式識別程序。將提取到的待檢模型與預先設定好的參考模型相對比，從而判斷出待檢模型應劃分為哪一類故障。當故障類別判定后，PLC程序產生對應故障的決策機制，并通過中斷程序，執行預定處理程序，將其響應作用于武器控制系統。

　　3.2 程序設計

　　PLC故障診斷系統工作過程就是將采集到的各元件狀態信息與參考模型相對比的過程。下面還以制冷機故障為例，部分程序如下。

(1)一級故障：圖4為一級故障梯形圖，程序中的元件就是對應一級故障制冷機不工作的系統最小割集中的底事件，其對應情況如表1所示，當最少一個最小割集出現故障時，程序跳轉到一級故障的處理子程序。P5子程序就是對應一級故障的處理措施。

　　(2)二級故障：系統檢測到故障后，與通用故障模型對比后，如果確定為二級故障，則程序中斷，跳轉到二級故障處理子程序P6，二級故障梯形圖如圖5所示。當程序收到故障標志位置位的信號后，啟動聲光報警裝置Y021，同時啟動定時器T10，如果在5S內故障仍未清除，則二級故障升級為一級故障，程序立即跳轉到一級故障處理子程序P5。各元件地址定義見表2。

4 結束語

　　由于PLC的最大程序容量、內部繼電器、定時器、計數器數量都相當大，即使中小型PLC在現實應用中，都有相當的余量。本文基于上述思想，將PLC的這部分潛力充分挖掘，采用FTA方法對故障進行診斷，不僅提高了維修效率，而且節約了經費，對于民用控制系統設備同樣具有一定的現實意義。