摘  要：本文介绍港口卸车设备控制系统；据此给出故障诊断的模式和信号采集方法，实现了上位计算机对控制系统的监控与故障诊断。
    关键词：上位机；可编程控制器；故障；诊断
    港口卸车设备多采用大型可编程控制器PLC作为整机控制中枢，并应用上位机对整个设备与控制装置实行监控和故障诊断。卸车设备技术先进，卸车能力强、效率高，在我国煤炭外运基地专业码头使用取得明显的经济效益。
    卸车设备的机械部分由定位车、推车机及转子翻车机三大部分组成。定位车将重车牵引到翻车平台，并根据车箱类型定位，由液压装置压紧车箱；转子翻转机将重车里的煤炭卸入坑道中，由坑道皮带机输出，转子翻车机随后翻转复位。定位车、推车机及转子翻车机的工作流程按运行要求设定，并相互关联。
    控制系统通过各种传感元件输入的数据和状态并综合马达控制中心、继电器逻辑以及SCR控制器的联锁信号，在PLC内进行各种逻辑运算后发出指令，以控制整个系统的流程。
PLC要改变程序可通过编程器实现，它由键盘、CTR显示器、磁带机和两个RC-232C串行口构成，其中一个接口PORT1用来连接主机，另一个接口PORT2用来连接打印机，以实现用户程序的硬拷贝。上位管理计算机与PLC通过通信接口交换信息，SCR控制器中的模拟量信号通过A/D转换后传输给上位机，对整个系统实行监控。
    一、信号检测与故障诊断
    为了迅速掌握设备运行状态，准确、及时查找故障，系统采用计算机实时监控。信号采集是实现设备监控与故障诊断的先决条件，因而十分重要。按检测信号的性质可分为开关量与模拟量两大类，现分述如下。
    1．开关量检测
    PLC与上位计算机的通信采用MODBUS总线，并使用统一的通信协议。上位机可通过RS-232C接口借助调制器把子设备连接起来形成局部网络。
    通过通信软件可在上位机内显示PLC元件的状态，只要按显示屏的提示符、键入功能码、功能码首地址及查寻范围查寻，显示屏上即可显示所查寻传感元件、继电器、马达控制中心和SCR控制器内开关元件的工作状态。
    监控的主要任务是实时检测及故障诊断。由于电力传动采用多闭环控制系统，过程控制采用液压和气动装置，加上外界干扰和元件老化，使得卸车设备在高效率的运行中可能出现各种故障。经试运行分析，重大故障有近40种，每种故障又可分为若干级子故障，最终可确定引起故障的直接原因。
    在编制故障诊断软件时，为加快检测运算速度．采用逐级查寻的方法。分为三个步骤：(1)查找故障可能产生的部分；(2）通过扫描相应部分的梯形图，判断发生故障的具体部位；(3)通过扫描该梯形图上的元件状态，确定故障点。

    2．模拟量检测
    系统模拟量近百个，主要是V-M调速系统各环节的状态信号，可在SCR控制器中检测到。从系统中采集的模拟量可通过多路转换开关，经过A/D转换后送入上位机。在实施故障检测与诊断时，设备的各个机构处于频繁启动、运行、制动状态下，因而要考虑动态扰动的影响。任何一个被控过程，在分析输入信号U、输出信号Y和扰动信号N变化规律时，均可建立观测模型，通过被控过程中的特征量反映系统的运行状况。例如，系统在动态设计时，按指标要求，对启动时的超调量和过渡过程时间，扰动下的动态降落及恢复时间等都规定了一定的范围或极限值。

    二、故障诊断与分析
    故障是指系统各个被控对象中某个或某些值出现异常的现象。对于开关量而言比较简单，只要发现某被控点在某一时段信号电平错误，计算机就可及时发现、及时报警、及时处理；模拟量信号则比较复杂，要从系统的设计、运行参数及调试整定值来确定某一被控点或环节的设定值及允许偏差，并与实测值比较以确定是否超过允许的极限偏差，并确定是否出现故障。下面以晶闸管SCR为例加以说明。
    晶闸管SCR作为电力电子功率元件在V-M系统中起着重要作用，也是系统故障的多发点之一。为正确诊断元件的性能变化，根据相关规范，定义晶闸管SCR的管压降系统为
  
    式中：m—整流桥编号；
    n—某整流桥中元件编号。
    实测元件管压降及通过计算机计算的管压降系数如表1所示，从管压降系数ku (m、n)值可知，其相对偏差阵 ，因而该V-M系统中，此时全部12个晶闸管SCR均无故障。每间隔一个扫描周期，表中的内容将自动刷新，有关晶闸管SCR故障诊断子程序会按顺序运行，及时对故障进行监控和诊断。
 
表1  晶间管异涌实时管压降                     单价：V
m桥号 1（整组桥） 2(反组桥）
n元件号 VF1 VF2 VF3  VF4    VF5 VF6  VR1  VR2  VR3 VR4 VR5 VR6
上次纪录 1.31 1.36 1.35   1.32 1.41 1.33  1.44 1.43 1.32 1.34 1.40 1.38
现时纪录 1.32 1.34 1.34 1.33  1.39  1.34  1.42  1.42  1.36 1.37   1.36 1.39
ku(m,n)    0.98   1.00 1.00 0.99  1.03 1.00  1.02  1.02 0.98 0.99 0.98 1.00 
 
    港口卸车设备控制系统故障诊断技术的应用，不仅能有效实现故障诊断和故障定位，确保设备的安全运行，提高大型设备生产效率和经济效益，而且此诊断模式在大型设备控制系统中也有推广价值。
参考文献：
    [1]ChenSanBao. Failure detection of the process control system and expert system[J].   GSMA96,Wuhan:Hust ress.1997