何　寅　王　虎　葉勝利

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310000）

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短時(shí)故障報(bào)警記錄功能在卷煙企業(yè)自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

何寅王虎葉勝利

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310000）

摘 要：著重分析短時(shí)故障報(bào)警無(wú)法被上位系統(tǒng)記錄的機(jī)理，并探索出在不改變?cè)杏布幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)短時(shí)故障報(bào)警記錄功能的方法，從而確保事后維護(hù)人員分析故障原因的依據(jù)可靠充分。

關(guān)鍵詞：PLC；上位機(jī)；短時(shí)故障；報(bào)警記錄控

工業(yè)自動(dòng)化控制程度的不斷提高，給當(dāng)今社會(huì)帶來(lái)了更高效、更穩(wěn)定、更安全的生產(chǎn)方式。大量企業(yè)單位普遍采用PLC與上位組態(tài)軟件搭配，通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)采集、程序編輯、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制輸出的方式進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)控制。上位組態(tài)軟件既用于過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備運(yùn)行控制，也用于收集故障歷史記錄，而故障歷史記錄是維護(hù)人員追溯設(shè)備故障原因最有效的工具。不完整的故障歷史記錄不僅無(wú)法起到追溯設(shè)備故障原因的作用，還存在誤導(dǎo)維護(hù)人員排查故障的風(fēng)險(xiǎn)。

杭州卷煙廠“十一五”異地搬遷后，為了提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，擴(kuò)大產(chǎn)能，引進(jìn)了大量的新型設(shè)備。其中動(dòng)力車(chē)間作為全廠區(qū)動(dòng)力能源的樞紐，改造過(guò)程中廣泛采用了PLC+HMI+上位機(jī)的自動(dòng)化控制架構(gòu)，以提高動(dòng)力設(shè)備的控制精度和集中控制水平。自動(dòng)化控制系統(tǒng)給我們帶來(lái)操作及控制便利的同時(shí)，也帶來(lái)了故障排查與維修的困難，尤其是短時(shí)故障報(bào)警無(wú)法被上位系統(tǒng)記錄，導(dǎo)致維護(hù)人員事后難以追溯設(shè)備故障原因，因此對(duì)故障報(bào)警信息采集以及處理流程加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)故障報(bào)警的記錄功能。

一、自動(dòng)化控制系統(tǒng)故障信息產(chǎn)生及處理流程介紹

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的故障信息產(chǎn)生以及處理流程如圖1所示。

PLC等下位機(jī)通過(guò)閥門(mén)反饋、電流、電壓測(cè)量、溫度測(cè)量、壓力測(cè)量、水位測(cè)量等傳感器監(jiān)測(cè)方式在線實(shí)時(shí)采集自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)，并且基于預(yù)設(shè)的報(bào)警參數(shù)組態(tài)進(jìn)行程序運(yùn)算，通過(guò)判斷模擬量越限、計(jì)時(shí)器超時(shí)、開(kāi)關(guān)量變位等變量產(chǎn)生報(bào)警信息。若存在報(bào)警，一方面執(zhí)行PLC程序中預(yù)設(shè)的故障處理程序，一方面提供給上位機(jī)的數(shù)據(jù)采集模塊，供人機(jī)界面報(bào)警及故障歷史記錄。

圖1

杭州卷煙廠動(dòng)力車(chē)間真空系統(tǒng)采用S7-300PLC作為下位機(jī)，上位機(jī)組態(tài)軟件選用simatic wincc flexible 及GE ifix V5.1作為本地操作站及后臺(tái)操作站。真空泵正常運(yùn)行必須保證一定的冷卻水流量，冷卻水流量出現(xiàn)異常時(shí)，流量開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)到水流量低于設(shè)定值，產(chǎn)生反饋開(kāi)關(guān)量變位，S7-300接收到此變位信息后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的故障處理程序進(jìn)行對(duì)應(yīng)設(shè)備的停機(jī)操作，同時(shí)提供水流開(kāi)關(guān)報(bào)警信息至上位機(jī)ifix人機(jī)界面，提醒操作人員設(shè)備停機(jī)的現(xiàn)象及停機(jī)原因。

二、短時(shí)故障報(bào)警無(wú)法被上位機(jī)記錄的機(jī)理分析

故障歷史記錄功能大部分通過(guò)上位機(jī)定時(shí)采集PLC內(nèi)寄存器數(shù)據(jù)，判斷寄存器狀態(tài)點(diǎn)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，受硬件條件所限，上位機(jī)的掃描周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PLC的掃描周期，存在很大的采集盲區(qū)。舉例：我廠空調(diào)機(jī)組用以維持生產(chǎn)區(qū)域溫濕度水平，以滿足生產(chǎn)工藝要求，采用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為西門(mén)子S7-300PLC+IFIX組態(tài)軟件，按安防設(shè)計(jì)要求，在火災(zāi)報(bào)警信號(hào)接入時(shí)，空調(diào)機(jī)組須立即停機(jī)，防止火災(zāi)通過(guò)風(fēng)管擴(kuò)大燃燒范圍。該系統(tǒng)中S7-300PLC程序掃描周期小于150ms，IFIX組態(tài)軟件的掃描周期為1s。持續(xù)時(shí)間大于S7-300掃描周期但小于1s的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)會(huì)導(dǎo)致空調(diào)風(fēng)機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，但無(wú)法被IFIX組態(tài)軟件進(jìn)行記錄，大大增加了事后設(shè)備故障維修的技術(shù)難度。

三、短時(shí)故障報(bào)警記錄功能探討

1.改進(jìn)原理

在不對(duì)原有上位機(jī)硬件設(shè)備更新改造的基礎(chǔ)上，針對(duì)上述故障歷史記錄采集盲區(qū)提出以下改進(jìn)方案，用以確保短時(shí)故障報(bào)警被可靠記錄：下位PLC程序運(yùn)行過(guò)程中采集到故障報(bào)警后，將依循程序編程者的預(yù)定思路產(chǎn)生故障報(bào)警信息，這些故障報(bào)警信息在上位機(jī)未輪詢到故障報(bào)警信息之前，始終使其持續(xù)保持故障報(bào)警信息，一直等待上位機(jī)采集到故障報(bào)警信息后，方可通過(guò)上位機(jī)發(fā)送復(fù)位命令復(fù)位下位PLC寄存器內(nèi)的相應(yīng)故障報(bào)警信息。故障報(bào)警信息采集以及處理流程如圖2所示。

圖2

2.實(shí)施案例

下位PLC程序運(yùn)行過(guò)程中采集到故障報(bào)警后，持續(xù)保持對(duì)應(yīng)故障報(bào)警寄存器處于置位狀態(tài)，如杭州卷煙廠安防系統(tǒng)產(chǎn)生200ms時(shí)間長(zhǎng)度的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，該報(bào)警信號(hào)通過(guò)PLC的數(shù)字量輸入模塊進(jìn)入PLC后，依據(jù)故障程序設(shè)計(jì)，PLC將控制空調(diào)機(jī)組執(zhí)行緊急停機(jī)程序，但此時(shí)可通過(guò)額外的預(yù)設(shè)程序用以保持火災(zāi)故障報(bào)警寄存器處于置位狀態(tài)，約1s后IFIX組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集模塊將掃描到該火災(zāi)故障報(bào)警寄存器處于置位狀態(tài)，而后由IFIX組態(tài)軟件側(cè)發(fā)送火災(zāi)故障報(bào)警寄存器復(fù)位命令至下位PLC，并通過(guò)人機(jī)界面彈出火災(zāi)故障報(bào)警的報(bào)警信息界面，同時(shí)保存此報(bào)警信息至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。全過(guò)程既保證了火災(zāi)故障報(bào)警信息導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組停機(jī)的故障報(bào)警信息被可靠記錄及追溯，又通過(guò)上位機(jī)復(fù)位下位機(jī)報(bào)警寄存器的方式確保短時(shí)故障報(bào)警記錄功能的持續(xù)性。

3.測(cè)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)

（1）修改后的故障報(bào)警信息寄存器須確保只用于上位機(jī)故障采集，而不用于其他程序執(zhí)行，防止下位機(jī)PLC程序執(zhí)行效率下降甚至出錯(cuò)。

（2）上位機(jī)采集到故障報(bào)警信息后，確認(rèn)方式可選兩種，即人工確認(rèn)及自動(dòng)確認(rèn)，考慮到杭州卷煙廠實(shí)際工況，就其自動(dòng)確認(rèn)方式進(jìn)行探討，將故障按持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度分為兩類。

第一類，短時(shí)報(bào)警故障間隔大于上位機(jī)數(shù)據(jù)采集周期：此時(shí)不必考慮一個(gè)上位機(jī)數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)產(chǎn)生多次短時(shí)報(bào)警故障的情況。

第二類，短時(shí)報(bào)警故障間隔小于上位機(jī)數(shù)據(jù)采集周期：此時(shí)須考慮一個(gè)上位機(jī)數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)產(chǎn)生多次短時(shí)報(bào)警故障的情況。

前文提到的改進(jìn)方案只適用于第一類情況，對(duì)于第二類情況分析如下。

如：1s IFIX組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，PLC側(cè)連續(xù)出現(xiàn)多次火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。

針對(duì)此類情況的解決方法為：PLC側(cè)采集到故障報(bào)警信息后，對(duì)應(yīng)故障報(bào)警寄存器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)可用以觸發(fā)對(duì)應(yīng)故障計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)，每一次PLC采集到故障報(bào)警信息，故障計(jì)數(shù)器均增加一次計(jì)數(shù)，待上位機(jī)采集到故障計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)不為零后，報(bào)警界面記錄對(duì)應(yīng)報(bào)警信息及故障計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，同時(shí)清零對(duì)應(yīng)故障計(jì)數(shù)器，下一個(gè)周期重復(fù)進(jìn)行。故障報(bào)警信息采集以及處理流程如圖3所示。

圖3

四、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)短時(shí)報(bào)警故障記錄功能實(shí)現(xiàn)的必要性加以分析，并對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行探討，且在杭州卷煙廠動(dòng)力車(chē)間進(jìn)行了實(shí)施推廣，在短時(shí)報(bào)警故障數(shù)據(jù)記錄和事后追溯方面取得了良好效果。

參考文獻(xiàn):

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[3]薩維奇.C++程序設(shè)計(jì)（第8版）[M].清華大學(xué)出版社，2012.2.

?監(jiān)測(cè)與診斷?

收稿日期：（2016-01-06）

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）02-0061-03