磨機報警在線幫助系統的設計與實現

韓高翔，吳永強，高海燕，毋華麗

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

磨 機作為大型選礦設備，在整個選礦生活線中起著舉足輕重的作用，磨機的最大化和最優化利用是提高整個選廠的重要因素之一。而實時、準確、有效地報警對提高磨機使用效率和快速及時處理設備故障有著極其重要的意義。磨機在實際使用中及時推斷出其異常情況，找出故障點及時檢修變得尤為重要[1]。

報警系統監控的目的就是識別報警系統中存在的問題，并采取糾正措施解決問題[2]。國內各礦山設備制造廠家的控制系統對于報警和故障的處理仍停留在單純的提示或者停機層面。故障和報警被觸發后，往往需要操作員憑據經驗、參看說明書、詢問廠家等方式來解決問題，間接導致了設備故障和報警處理耗時增加從而延誤生產。

通過理論分析、資料收集、現場調研及運行反饋等方式收集整理一套完整的磨機報警幫助專家資料庫，該資料庫包含報警描述、報警編號、原因分析和處理措施等內容，將該專家庫作為數據庫導入到 HMI(Human Machine Interface，人機交互接口)，對 HMI和 PLC 進行腳本開發，從而研發出一套磨機故障報警在線幫助系統。當磨機發生故障報警時，系統可在第一時間提供針對性幫助，操作員可依據幫助信息并結合實際情況快速解決問題，恢復生產或避免工況繼續惡化，從而縮短設備的維修時間，提高設備利用率。同時在很大程度上也減少了由于操作工缺乏經驗而產生的擱置報警，而擱置報警率過高則會對報警系統運行產生很大的負面作用[3]。

1 數據庫的建立

1.1 專家庫的建立

研究磨機本體、小齒輪、電控系統、主電動機、減速器、離合器、潤滑系統、慢驅控制系統和其他輔機等磨機主要組成部分中常見故障和報警的原因，從設備初期安裝、異常運行、非法操作和預期響應失敗等多個方面進行全面分析，列出每個報警對應的處理措施，最終形成一套包含報警描述、原因分析和處理措施的專家資料庫。專家庫中磨機的報警主要分為以下幾類。

(1)模擬量超閾值報警 過程變量超過設定的報警閾值后觸發的報警。

(2)開關量儀表動作報警 開關量儀表動作觸發的報警，如潤滑站油箱液位低報警。

(3)非法操作報警 未按設備說明書或控制要求進行的不合理操作后觸發的報警，例如磨機運行時撥動“就地/遠程”選擇開關。

(4)預期響應失敗 控制命令發出后未收到預期反饋后發出的報警，如油泵切換失敗報警、潤滑系統啟動失敗報警等。

1.2 報警編號規則的制定

在專家庫導入 HMI 之前，將專家庫中所有故障和報警信息進行統一的規劃、分級、分類、分組和排序，制定報警標號機制，為每個報警分配報警編號和分組編號，以便于腳本對報警及其幫助信息進行識別和摘取。

每個報警都有其各自的報警編號，同時若干同類報警公用同一個分組編號。報警編號是軟件識別單個報警的唯一依據，主要用于實時報警的彈出和顯示。對于同類報警的原因分析和處理措施是一致的，為了減小系統運算負擔和避免重復性編程，報警幫助信息的彈出、報警的檢索都是通過分組編號來實現的。

為了讓用戶更好地了解報警編號每位字母或數字的具體含義和更熟練地檢索報警信息，在 HMI 中開發了報警編號的定義規則，如圖 1 所示。

2 軟件開發

系統是基于 HMI 和 PLC 開發完成的，分別在HMI 和 PLC 上編寫代碼以實現其各自的功能。HMI導入了專家資料庫的所有信息，顯示實時報警，彈出幫助信息，實現信息的可視化和提供檢索入口。PLC主要完成磨機報警監測和觸發以及幫助信息檢索算法的實現。HMI 和 PLC 的代碼用分別用 VB 語言和SCL (結構化文本)語言編寫。

系統主要包括了實時報警幫助和報警幫助信息檢索兩大功能，分別用于在線報警和離線報警，幫助信息的獲取和查詢。幫助信息最終都以彈出窗口的形式體現。

2.1 實時報警幫助

組態了一個專門用于顯示磨機實時報警的窗口，用于記錄和顯示實時的報警信息。當磨機發生故障或報警時，該窗口都會以條狀信息顯示出來。為了便于快速區分停機故障和普通報警，二者采用了不同的背景色；同時，統一規定了報警在到達、到達并確認、離開、確認并離開等不同狀態下的背景顏色和字母縮寫標示，來幫助操作工快速甄別和選取需要及時處理的報警。

圖1 報警編號定義規則界面Fig.1 Interface of alarm numbering laws

在到達的報警中，單擊某一條報警即可彈出相應幫助信息窗口。彈出的幫助信息包括編號、描述、原因分析和解決辦法等 4 項內容。“編號”為某一類報警的編號；“描述”是對報警內容的陳述；“原因分析”描述了導致當下報警的可能原因；“解決辦法”提出針對性的解決方案和處理措施。操作員根據幫助窗口的原因分析與實際情況，判斷出報警的具體原因后，即可依據幫助信息提出的解決辦法來處理實際問題。實時報警畫面及其幫助信息如圖 2 所示。

2.2 報警幫助信息檢索

為了便于操作員在磨機無實時報警時獲取某些報警的幫助信息或幫助其獲取非當前實時報警的幫助信息，開發了報警檢索的功能。在報警檢索頁面的輸入框內輸入報警編號，即可進行信息查找。檢索包含精準檢索和模糊檢索 2 種方式，二者組態于同一 HMI頁面，共用同一個輸入框，分別用“精準檢索”和“模糊檢索”2 個按鈕來實現其功能。

分組編號是一組由 9 個字母或數字組成的字符串，是檢索程序中唯一可識別的報警代號。報警檢索的運算是在 PLC 內通過 SCL 語言來實現的，PLC 將運算結果發送給 HMI，HMI 再將檢索結果顯示出來。

2.2.1 精準檢索

精準檢索是依據準確的報警編號精確定位到某一報警信息，操作員可不拘于當下的報警狀態和實時報警而獲取想要查看的報警幫助信息。在檢索頁面內輸入準確的報警編號，點擊“精準檢索”按鈕，“檢索結果”框就會顯示出查找結果，點擊檢索到的報警信息即可彈出其幫助窗口。所彈出的幫助窗口顯示的內容與實時報警完全一致，具體示例如圖 3 所示。

圖2 實時報警畫面及彈出的幫助信息Fig.2 Real-time alarm interface and pop-up help information

圖3 精準檢索畫面及彈出的幫助信息Fig.3 Accurate searching interface and pop-up help information

檢索前需要先將上次檢索結果清除，然后再執行查找功能。為了減輕運算負擔和提高檢索速度，采用三級 IF 語句嵌套的形式來實現精確查找。

第 1 級的 IF 語句對作為字符串輸入的編號進行大的分類判斷，判定其分別屬于以“1、2、3”開頭的 3 個大類報警中的哪一種類；第 2 級 IF 語句對以相同首字符 (例如“2”)開頭的報警進行二次分類判斷，為第 3 極 IF 嵌套語句提供上級判定范疇。例如報警編號“2MM3055BL”屬于首位為“2”、第 2、3 位為 MM 一類的報警；最后一級的 IF 語句采用了IF-EISEIF 多重判斷的形式，實現輸入分組編號和數據庫某一編號的最終匹配，得出最終的運算結果。如果輸入的編號與數據庫所有分組編號都不匹配，則輸出未找到檢索結果的提示信息，第 1 級和第 3 極 IF嵌套中都需要輸出這樣的結果。

精準檢索的程序流程如圖 4 所示，為簡化圖形，分組編號用“Code”代替。

2.2.2 模糊檢索

精準檢索需要輸入的報警編號必須完全正確，否則會導致檢索失敗。但通常情況下，記住準確的報警編號會比較困難，所以開發了模糊檢索功能，使操作員在未記住完整報警編號的前提下仍可以進行報警幫助信息的檢索。使用模糊檢索時，只需輸入報警編號的前 3 位或者部件字母代號即可進行信息檢索。

模糊檢索的結果往往不止一條信息，需要操作員在檢索結果中選擇想要查找的信息。例如想要檢索“主電動機振動大報警”的相關幫助，輸入“2MM”后，進行模糊檢索會顯示所有分組編號以“2 MM”開頭的報警信息，在檢索結果中找到想要的報警后點擊即可獲取其幫助信息，如圖 5 所示。

因為模糊檢索時所輸入編號的首位和位數具有不確定性，只采用了一級 IF-ELSEIF 語句。首先對專家庫所有報警按分組編號進行規劃，將其劃分為 23 個區域，識別輸入編號的前 3 位或者前 2 位，判斷其所屬區域，然后將其所屬區域的報警信息全部顯示出來。模糊檢索允許輸入編號第 3 位字符后多位字母和數字的非準確輸入，其程序流程如圖 6 所示。為簡化圖形，分組編號用“Code”代替。

3 結語

專家庫的建立是開發系統的基礎，對磨機所有的報警進行統一的規劃和整理后，分配了報警編號和分組編號。報警編號和分組編號分別用于實時報警和報警檢索功能的實現。基于 PLC 和 HMI 開發了幫助系統，利用 PLC 完成復雜的運算，不僅加快了檢索速度，同時也減輕了 HMI 負擔。HMI 收納了專家庫的所有內容并將其顯示出來。實時報警的幫助信息可幫助用戶快速處理當前故障從而提高生產效率，增加經濟效益。報警的精準檢索和模糊檢索，可使磨機操作員在擁有完整分組編號和未準確記住分組編號的情況下獲取幫助信息。

圖4 精準檢索程序流程Fig.4 Flow chart of accurate searching program

圖5 模糊檢索畫面及彈出的幫助信息Fig.5 Fuzzy searching interface and pop-up help information

圖6 模糊檢索程序流程Fig.6 Flow chart of fuzzy searching program

報警的幫助信息羅列了若干可能原因，但未能確切地指出具體是其中的哪一個。分析若干報警和過程變量的內在聯系，得出其中的最初始誘因并提出解決辦法，是未來的一個研究和發展方向。