彌春霞、王博（山東萊鋼自動(dòng)化部，271104）
摘要： 該系統(tǒng)通過(guò)PLC采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為故障判斷和定位的基礎(chǔ)，上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項(xiàng)目畫(huà)面上顯示出來(lái)。
關(guān)鍵詞： PLC MMI 以太網(wǎng)通訊
一、概述
該系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控機(jī)和可編程控制器PLC通訊和數(shù)據(jù)交換，上位機(jī)從PLC采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為故障判斷和定位的基礎(chǔ)，在上位機(jī)上以RSVIEW工業(yè)監(jiān)控軟件作平臺(tái)，制作適宜于項(xiàng)目的畫(huà)面，上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項(xiàng)目畫(huà)面上顯示出來(lái)。
二、系統(tǒng)配置
系統(tǒng)是基于WINDOWS NT SEVER 4.0操作系統(tǒng)和RSVIEW32工業(yè)監(jiān)控軟件為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)硬件采用IPC 610 研華工控機(jī)，主頻800HZ，40G硬盤(pán)。系統(tǒng)不另配主機(jī)，與原監(jiān)控畫(huà)面并行運(yùn)行，系統(tǒng)同時(shí)在4臺(tái)監(jiān)控機(jī)上運(yùn)行，與原MMI由身份識(shí)別程序進(jìn)行窗口切換。采用工業(yè)以太網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)5套AB 5/40E 工業(yè)控制器PLC和四臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。在該系統(tǒng)中，以四套AB PLC-5/40E作為主控制器，分別用于連鑄機(jī)的公用系統(tǒng)及三套鑄流系統(tǒng)的自動(dòng)控制。共25臺(tái)變頻器則各自作為遠(yuǎn)程站與PLC進(jìn)行通訊：其啟動(dòng)、停止、調(diào)速等指令均由PLC以數(shù)據(jù)通訊形式下達(dá)給變頻器，同時(shí)變頻器的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)以同樣形式反饋給PLC。用于公用控制的PLC系統(tǒng)中，主機(jī)架通過(guò)CPU外掛5個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，2塊遠(yuǎn)程輸入/輸出模板（RIO）及4臺(tái)變頻器。用于鑄流控制的三套PLC系統(tǒng)的配置完全相同，均是：主機(jī)架通過(guò)CPU外掛2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，3塊RIO及7臺(tái)變頻器。
硬件和網(wǎng)絡(luò)配置圖（圖1）
三、軟件開(kāi)發(fā)
軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由通訊與數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理與故障判斷模塊、身份識(shí)別模塊、操作跟蹤模塊、故障模擬模塊。見(jiàn)軟件結(jié)構(gòu)圖（圖2）。
圖2
3.1通訊與數(shù)據(jù)采集模塊
通訊與數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，以及在線故障診斷系統(tǒng)與PLC之間的數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)首先由PLC采集，然后，診斷系統(tǒng)再通過(guò)以太網(wǎng)通訊采集PLC中的數(shù)據(jù)。診斷系統(tǒng)產(chǎn)生的控制指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊下達(dá)到PLC，由PLC控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的響應(yīng)。
3.2數(shù)據(jù)處理與故障判斷模塊
數(shù)據(jù)處理與故障判斷模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果判斷設(shè)備的工作狀態(tài)，確定故障是否發(fā)生，并支持故障查詢定位，給出故障處理向?qū)�。以拉矯機(jī)的故障判斷為例進(jìn)行描述。
拉矯機(jī)的狀態(tài)有三種：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，故障狀態(tài)定義為當(dāng)前狀態(tài)不符合按照生產(chǎn)工藝要求的狀態(tài)。拉矯機(jī)的故障判斷按下圖邏輯進(jìn)行判斷：（圖3）
圖3
圖3的構(gòu)圖布局與實(shí)際系統(tǒng)工作界面的構(gòu)圖布局相同，在實(shí)際系統(tǒng)工作界面中條件方框全部為按鈕組件，當(dāng)條件滿足時(shí)相應(yīng)按鈕為綠色，不滿足為紅色。如果右端的三組條件有一組具備，則判定按工藝?yán)C機(jī)應(yīng)當(dāng)正轉(zhuǎn)，此時(shí)，拉矯機(jī)如狀態(tài)正確，正轉(zhuǎn)按鈕應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)綠色，如果為紅色，則拉矯機(jī)故障，系統(tǒng)給操作界面警示信號(hào)。如果兩臺(tái)拉矯機(jī)同時(shí)故障，系統(tǒng)要求操作工給出應(yīng)答確認(rèn)，進(jìn)入故障處理程序。檢修人員可以觀察當(dāng)前畫(huà)面，如是電機(jī)過(guò)熱導(dǎo)致故障，電機(jī)過(guò)熱按鈕將呈現(xiàn)紅色，點(diǎn)擊該按鈕，彈出故障處理向?qū)�。�?huà)面如（圖4）
圖4
通過(guò)以上簡(jiǎn)單例子的描述，可以看出該模塊能夠完成故障點(diǎn)的精確定位，并給出故障處理向?qū)�。這種故障顯示方式具有直觀、便捷的優(yōu)點(diǎn)，如果到復(fù)雜的PLC程序中去找故障點(diǎn)，就不具有這種優(yōu)點(diǎn)。即使對(duì)工藝和PLC程序了解不深的人，也可以輕松的查找故障，解決故障。
3.3身份識(shí)別模塊
身份識(shí)別模塊能夠識(shí)別操作者身份，防止非授權(quán)操作。該模塊將設(shè)備操作管理功能分為三個(gè)級(jí)別，即操作級(jí)、管理級(jí)、維護(hù)級(jí)，不同級(jí)別人員有不同的工作界面，除操作級(jí)外，其他人員均無(wú)法操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，各級(jí)別均有口令保護(hù)。模塊對(duì)操作級(jí)更添加了鎖定保護(hù)，操作員即使不關(guān)閉操作畫(huà)面，只需點(diǎn)擊鎖定按鈕，系統(tǒng)就不在響應(yīng)任何操作命令，當(dāng)再次點(diǎn)擊解鎖按鈕時(shí)，系統(tǒng)要求重新輸入口令，否則，不能解鎖。
當(dāng)按下任一按鈕時(shí)，彈出口令識(shí)別對(duì)話框，要求輸入口令，口令正確，進(jìn)入下一級(jí)畫(huà)面，否則，退回選擇畫(huà)面。
操作級(jí)工作站是操作工操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的畫(huà)面；管理級(jí)工作站即工程師工作站，是工程師調(diào)試、修改程序所使用的界面；維護(hù)級(jí)工作站是現(xiàn)場(chǎng)維修人員所使用的界面。
該模塊的界面如圖5.
圖5
3.4操作跟蹤模塊
操作跟蹤模塊的功能是記錄所有操作命令，形成日志文件，以備查閱。當(dāng)通過(guò)身份識(shí)別進(jìn)入操作界面后，所作的任何一個(gè)操作命令，都將記入日志文件。操作級(jí)無(wú)權(quán)查閱或修改日志文件，只有管理級(jí)才有這一權(quán)限。該模塊妥善保留了原始操作記錄，為進(jìn)行責(zé)任界定，提供了客觀依據(jù)。
3.5故障模擬模塊
故障模擬模塊提供了故障演示、模擬功能。在維護(hù)級(jí)界面中，專門(mén)設(shè)置了一個(gè)模擬按鈕，當(dāng)按下這一按鈕時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)模擬畫(huà)面，模擬畫(huà)面的結(jié)構(gòu)和外觀與工作畫(huà)面完全相同，區(qū)別是，模擬畫(huà)面不與任何外部點(diǎn)相連，全部使用數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部點(diǎn)�？梢孕薷臄�(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)故障設(shè)定，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定，演示相應(yīng)故障。該功能主要用于復(fù)現(xiàn)故障和技術(shù)培訓(xùn)。
四、主要控制功能
4.1 數(shù)據(jù)處理與故障判斷技術(shù)
從PLC采集數(shù)據(jù)以后，必須決定哪些信號(hào)狀態(tài)的組合以及如何組合可以判斷為故障；為了建立某一設(shè)備的故障判斷模型，哪些信號(hào)是必須的，哪些信號(hào)可以作為輔助條件。在此項(xiàng)目工作中，我們利用先進(jìn)的專家系統(tǒng)技術(shù)手段建立了信息庫(kù)，制定了判斷規(guī)則，故障判斷模型。
4.2 身份識(shí)別及操作跟蹤技術(shù)
這臺(tái)連鑄機(jī)自動(dòng)化程度較高，所有操作都可以在主控室上位機(jī)的MMI上完成，而任何非法操作都將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人身、設(shè)備事故，影響安全生產(chǎn)。我們把設(shè)備的操作權(quán)限進(jìn)行了分級(jí)管理，分為操作級(jí)、維護(hù)級(jí)、管理級(jí)，每一級(jí)別的人員享有進(jìn)行相應(yīng)級(jí)別操作的權(quán)限，進(jìn)入操作界面必須輸入正確的口令，對(duì)其他級(jí)別的操作界面無(wú)權(quán)操作也無(wú)權(quán)進(jìn)入。操作人員可以暫時(shí)將界面鎖定，系統(tǒng)將拒絕響應(yīng)未授權(quán)的操作，但不影響其他級(jí)別的正常操作。系統(tǒng)對(duì)每一項(xiàng)操作都將形成日志文件，記錄操作的內(nèi)容、時(shí)間、級(jí)別。
4.3 故障分級(jí)管理和人工干預(yù)接口技術(shù)
系統(tǒng)對(duì)各種故障進(jìn)行分級(jí)管理，根據(jù)故障對(duì)生產(chǎn)和設(shè)備的影響程度，把故障分為兩類，即一般性故障和嚴(yán)重性故障，不同的故障處理方式不同。故障信息同時(shí)反饋到操作級(jí)界面，一般性故障只給予提示，如何處理由操作人員確定；嚴(yán)重性故障給操作員三種選擇，即停機(jī)、解除聯(lián)機(jī)自動(dòng)、忽略。操作員必須給出應(yīng)答，否則，在經(jīng)過(guò)延時(shí)后，系統(tǒng)將自動(dòng)向PLC發(fā)出拉尾坯工作方式命令，連鑄機(jī)進(jìn)入澆注結(jié)束處理程序。
4.4 故障模擬技術(shù)
該技術(shù)允許系統(tǒng)離線模擬故障，重現(xiàn)故障過(guò)程，可以用于故障研究，也可用于技術(shù)培訓(xùn)。
五、結(jié)束語(yǔ)
矩形坯連鑄機(jī)在線故障診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理及故障定位技術(shù)，系統(tǒng)模塊化編程方法以及合理的功能劃分體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的思想，身份鑒別功能和操作跟蹤功能具有一定的創(chuàng)新性。該系統(tǒng)兼有故障診斷功能和技術(shù)培訓(xùn)功能，既創(chuàng)造直接的經(jīng)濟(jì)效益，又具有良好的社會(huì)意義，有推廣的價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 廈門(mén)艾倫-布拉德利有限公司. PLC-5 編程軟件, 軟件組態(tài)與維護(hù)
作者簡(jiǎn)介：
彌春霞，工程師，現(xiàn)從事冶金自動(dòng)化控制工作。
