短時故障報警記錄功能在卷煙企業(yè)自控系統(tǒng)中的應用

何　寅　王　虎　葉勝利

（浙江中煙工業(yè)有限責任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310000）

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短時故障報警記錄功能在卷煙企業(yè)自控系統(tǒng)中的應用

何寅王虎葉勝利

（浙江中煙工業(yè)有限責任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310000）

摘 要：著重分析短時故障報警無法被上位系統(tǒng)記錄的機理，并探索出在不改變原有硬件的基礎(chǔ)上實現(xiàn)短時故障報警記錄功能的方法，從而確保事后維護人員分析故障原因的依據(jù)可靠充分。

關(guān)鍵詞：PLC；上位機；短時故障；報警記錄控

工業(yè)自動化控制程度的不斷提高，給當今社會帶來了更高效、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，通過傳感器數(shù)據(jù)采集、程序編輯、執(zhí)行機構(gòu)控制輸出的方式進行工業(yè)生產(chǎn)控制。上位組態(tài)軟件既用于過程數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備運行控制，也用于收集故障歷史記錄，而故障歷史記錄是維護人員追溯設(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法起到追溯設(shè)備故障原因的作用，還存在誤導維護人員排查故障的風險。

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

一、自動化控制系統(tǒng)故障信息產(chǎn)生及處理流程介紹

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

PLC等下位機通過閥門反饋、電流、電壓測量、溫度測量、壓力測量、水位測量等傳感器監(jiān)測方式在線實時采集自動化控制系統(tǒng)的設(shè)備運行過程數(shù)據(jù)，并且基于預設(shè)的報警參數(shù)組態(tài)進行程序運算，通過判斷模擬量越限、計時器超時、開關(guān)量變位等變量產(chǎn)生報警信息。若存在報警，一方面執(zhí)行PLC程序中預設(shè)的故障處理程序，一方面提供給上位機的數(shù)據(jù)采集模塊，供人機界面報警及故障歷史記錄。

圖1

杭州卷煙廠動力車間真空系統(tǒng)采用S7-300PLC作為下位機，上位機組態(tài)軟件選用simatic wincc flexible 及GE ifix V5.1作為本地操作站及后臺操作站。真空泵正常運行必須保證一定的冷卻水流量，冷卻水流量出現(xiàn)異常時，流量開關(guān)監(jiān)測到水流量低于設(shè)定值，產(chǎn)生反饋開關(guān)量變位，S7-300接收到此變位信息后，執(zhí)行對應的故障處理程序進行對應設(shè)備的停機操作，同時提供水流開關(guān)報警信息至上位機ifix人機界面，提醒操作人員設(shè)備停機的現(xiàn)象及停機原因。

二、短時故障報警無法被上位機記錄的機理分析

故障歷史記錄功能大部分通過上位機定時采集PLC內(nèi)寄存器數(shù)據(jù)，判斷寄存器狀態(tài)點變化來實現(xiàn)，受硬件條件所限，上位機的掃描周期遠遠大于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)為西門子S7-300PLC+IFIX組態(tài)軟件，按安防設(shè)計要求，在火災報警信號接入時，空調(diào)機組須立即停機，防止火災通過風管擴大燃燒范圍。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)時間大于S7-300掃描周期但小于1s的火災報警信號會導致空調(diào)風機進入停機狀態(tài)，但無法被IFIX組態(tài)軟件進行記錄，大大增加了事后設(shè)備故障維修的技術(shù)難度。

三、短時故障報警記錄功能探討

1.改進原理

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

圖2

2.實施案例

下位PLC程序運行過程中采集到故障報警后，持續(xù)保持對應故障報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時間長度的火災報警信號，該報警信號通過PLC的數(shù)字量輸入模塊進入PLC后，依據(jù)故障程序設(shè)計，PLC將控制空調(diào)機組執(zhí)行緊急停機程序，但此時可通過額外的預設(shè)程序用以保持火災故障報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故障報警寄存器處于置位狀態(tài)，而后由IFIX組態(tài)軟件側(cè)發(fā)送火災故障報警寄存器復位命令至下位PLC，并通過人機界面彈出火災故障報警的報警信息界面，同時保存此報警信息至上位機數(shù)據(jù)庫中。全過程既保證了火災故障報警信息導致空調(diào)機組停機的故障報警信息被可靠記錄及追溯，又通過上位機復位下位機報警寄存器的方式確保短時故障報警記錄功能的持續(xù)性。

3.測試過程中的注意事項

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

（2）上位機采集到故障報警信息后，確認方式可選兩種，即人工確認及自動確認，考慮到杭州卷煙廠實際工況，就其自動確認方式進行探討，將故障按持續(xù)時間長度分為兩類。

第一類，短時報警故障間隔大于上位機數(shù)據(jù)采集周期：此時不必考慮一個上位機數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)產(chǎn)生多次短時報警故障的情況。

第二類，短時報警故障間隔小于上位機數(shù)據(jù)采集周期：此時須考慮一個上位機數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)產(chǎn)生多次短時報警故障的情況。

前文提到的改進方案只適用于第一類情況，對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)多次火災報警信號。

針對此類情況的解決方法為：PLC側(cè)采集到故障報警信息后，對應故障報警寄存器會產(chǎn)生一個上升沿的脈沖信號，該脈沖信號可用以觸發(fā)對應故障計數(shù)器進行數(shù)據(jù)累計，每一次PLC采集到故障報警信息，故障計數(shù)器均增加一次計數(shù)，待上位機采集到故障計數(shù)器數(shù)據(jù)不為零后，報警界面記錄對應報警信息及故障計數(shù)器數(shù)據(jù)，同時清零對應故障計數(shù)器，下一個周期重復進行。故障報警信息采集以及處理流程如圖3所示。

圖3

四、結(jié)語

經(jīng)過對短時報警故障記錄功能實現(xiàn)的必要性加以分析，并對改進方案進行探討，且在杭州卷煙廠動力車間進行了實施推廣，在短時報警故障數(shù)據(jù)記錄和事后追溯方面取得了良好效果。

參考文獻:

[1]里格(Rehg，J.A)，薩托瑞(Sartori，G.J).可編程邏輯控制器[M].電子工業(yè)出版社，2008.8.

[2]翟天嵩、劉尚爭.iFIX基礎(chǔ)教程[M].清華大學出版社，2013.9.

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

?監(jiān)測與診斷?

收稿日期：（2016-01-06）

中圖分類號：TP277

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）02-0061-03