王艾，陈三宝
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主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、推车机及转二翻车机三大部分组成。定位车将重车牵引到翻车二台，并根据车箱类型定位，由液压装置压紧车灌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灵并综合马达控制中心、继电器逻辑以及SCR控创器的联锁信号，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4盘、CTR显示器、磁带机和两个RC232C串行口构成，其中一个接口PORT1用来连接主机，另－个接口PORT2用来连接打印机，以实现用户程的硬拷贝。上位管理计算机与PLC通过通信接交换信息，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、及时查故障，系统采用计算机实时监控。信号采集是实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RS232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，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，显示屏上即可显示查寻传感元件、继电器、马达控制中心和SCR拄元件的工作状态。
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。故障的显示屏幕如图1所示。
2．模拟量检测
系统模拟量近百个，主要是VM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。因此，只要利用“极限偏差值”就可诊断这一被控过程，其检测流程如图2所示。
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
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∣ku(m、n)∣－1≤0.05，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。
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应用价值。
参考文献：
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