一種安全自動裝置的集群式高溫老化異常監視方法

張 云，馬霄騰，曾亞恒

（南京國電南自自動化有限公司研發中心，南京 210007）

隨著電力系統安全自動裝置的產量越來越大，大批量裝置生產過程中的質量保證和生產過程效率優化環節被提到更重要的位置。裝置從生產線上下來后，由于剛剛生產和生產過程本身的原因，可能會出現少量漏焊、虛焊、松動和器件損毀等硬件缺陷，另外在軟件和配置文件下載灌裝過程中，有可能出現版本不一致，配置錯誤等軟件缺陷。需要及早在出廠前暴露，并且硬件器件性能也需要運行一段時間來穩定。

因此需要在生產制造流程中增加一道72 h裝置高溫老化的工序，將裝置放在高溫老化車間中帶電運行72 h，盡快暴露軟硬件隱患和缺陷，作為其中加速裝置硬件具有一致性和穩定性，提前暴露裝置軟硬件缺陷，是保證裝置長期可靠運行的不可或缺的重要一環。

對大批量裝置生產高溫老化后的異常結果進行快速分析和定位，是很有價值的工作。目前每臺裝置高溫老化后的異常分析和判定工作，都是通過人工檢查來進行，不僅效率低，而且對工人技術要求極高，并且準確度不高。隨著裝置類型和數量的大幅增加，導致該流程時間成本和人工成本更加高昂，需要立即優化和提升。

針對該生產需求，提出了一種針對安全自動裝置的集群式高溫老化異常監視方法，并相應開發了1套針對大批量裝置高溫老化異常的監視軟件，用來進行異常現象監視。

1 集群式高溫老化監視結構

集群式裝置高溫老化監視層級結構如圖1所示。為了實現同時批量監視裝置高溫老化異常，建立了2層結構，每輛通電車包括20臺裝置，通過1臺交換機進行級聯，然后10輛通電車的交換機再級聯到集群式高溫老化監視軟件所在的交換機。

圖1 集群式裝置高溫老化監視層級結構

為了簡化管理和配置，每輛通電車的所有裝置都是同類型裝置。高溫老化軟件通過2級對裝置高溫老化進行異常監視管理。

2 裝置集群式高溫老化異常監視主要流程

集群式裝置老化異常監視的主要流程如圖2所示。流程的絕大部分步驟都由以前的人工操作改成由專門開發的集群式高溫老化監視軟件來替代。步驟的詳細細節在后續章節中進行說明。

圖2 集群式裝置老化異常監視流程

3 集群式老化異常監視詳細方案

本方法和軟件實現的詳細方案如下。

3.1 集群式老化分層組合

由于生產裝置很多，需要提高高溫老化效率，可以批量進行高溫老化。高溫老化異常監視軟件提供集群式批量分層老化異常監視功能。老化監視軟件同時最多管理10輛通電車，將每輛通電車作為1個通電管理和異常監視單元，每輛通電車單元最多管理20輛同類型裝置。

每輛通電車單元提供以下幾種主要功能。

“啟用”：該輛通電車納入了通電老化異常監視管理。

“禁用”：該輛通電車退出了通電老化異常監視管理。

“開始通電”：該輛通電車開始啟動一輪通電老化。

“結束通電”：該輛通電車結束當前通電老化。

“通信檢查”：對該輛通電車的所有裝置進行裝置通電老化前和監視軟件的通信完好性檢查。

“異常關鍵字設置”：對該輛通電車所有同類型裝置進行裝置通電老化前的日志異常記錄關鍵字選擇和設置。

“異常記錄分析”：通電過程中，輪詢監測并上傳保存的裝置通電日志異常記錄供查閱。

3.2 高溫老化前的通信穩定性檢查和日志異常關鍵字設置

3.2.1 通信穩定性檢查

在裝置高溫老化前，老化監視軟件以每臺通電車為單位和該通電車的每臺老化裝置之間進行通信穩定性檢查，通過巡檢報文的正常應答，確認通信正常，防止通信連接不正常，導致高溫老化時無法進行日志異常記錄輪詢。

3.2.2 日志異常關鍵字設置

在裝置高溫老化前，老化監視軟件預先匹配設置的日志異常關鍵字，來檢索裝置日志記錄中是否存在異常日志記錄。

為了既有操作簡便性，又有適應未來的靈活性，裝置老化監視軟件內置了不同平臺類型的日志異常記錄關鍵字表供匹配選擇。但同時為了適應將來新裝置平臺和裝置類型，裝置老化監視軟件提供可編輯調整日志異常記錄關鍵字表功能。

典型的日志異常記錄關鍵字，如上電，復位，CRC（循環冗余校核）不一致，閉鎖，看門狗，通信中斷等。

當確認通信完好并且設置日志異常關鍵字后，就可以進行72 h高溫老化。

3.3 啟動高溫老化

當通電車進入高溫車間，老化監視軟件點擊該通電車單元的“開始通電”按鈕，則開始72 h高溫老化過程。同時通電車上所有裝置的通電老化開始時間就是按下該按鈕的時間。裝置記錄下該時間，作為后續分析該裝置高溫老化時的異常日志記錄的開始時刻。

當通電車準備退出通電老化實驗時，老化監視軟件點擊該通電車單元的“結束通電”按鈕，則結束通電車單元此輪高溫老化過程。通電車上所有裝置的通電老化結束時間就是按下該按鈕的時間。裝置記錄下該時間，作為后續分析該裝置的異常日志記錄的截止時刻。

注意：高溫老化異常監視是一個動態過程，以每輛通電車為單位，可單獨進行高溫老化投退，而不是集齊所有通電車的所有裝置才進行高溫老化，這樣適應制造中心流水線的流程。

3.4 高溫老化軟件周期性輪詢裝置日志記錄

3.4.1 運行狀態日志記錄方法和格式

裝置高溫老化過程中，運行軟件內置運行狀態日志記錄功能，用于運行狀態記錄便于進行后續問題分析。示例見表1。

表1 日志記錄格式示例

（1）日志結構：日志所有內容按文本格式記錄。

日志每條信息分行記錄，以換行符“ ”結束。

最大日志條目數有限。

日志結構分為2個區域：日志頭部區域和日志具體條目區域。

（2）日志頭部區域記錄如下信息：日志格式版本，日志總條目數，日志當前有效條目數，最新日志寫入位置。

（3）每條日志條目記錄如下信息：記錄時間，記錄詳細信息。

（4）日志順序循環覆蓋。最新日志覆蓋最舊的日志。

3.4.2 周期輪詢和分析日志異常記錄

在72 h高溫老化過程中，老化監視軟件每隔2 h輪詢，按通電車單元→裝置的層級調閱每臺裝置的日志記錄并進行詳細分析。日志輪詢和異常分析流程如圖3所示。

圖3 日志記錄輪詢和異常分析詳細流程

3.4.3 老化異常日志記錄詳細信息顯示

老化監視軟件的告警界面上裝置分板卡列表詳細顯示本裝置老化期間檢測到的所有異常日志記錄，并按事件先后次序排列。

3.5 老化異常信息上傳數據庫

為了便于對裝置高溫老化發現的異常現象與該裝置生產環節的其他信息建立關聯，進行后續跟蹤和異常現象綜合分析。裝置高溫老化監視軟件掃描裝置序列號，將裝置序列號和高溫老化異常日志記錄信息自動上傳到MES系統（生產管理系統）的數據庫。

裝置高溫老化異常記錄上傳和建立關聯方法如下。

（1）在MES生產管理系統的數據庫上建立新的老化異常信息表。

信息表主要條目：裝置序列號，異常板卡來源，記錄時間，異常關鍵字，記錄詳細信息。

（2）用序列號掃描槍掃描裝置序列號。

（3）高溫老化監視軟件網絡連接MES系統的數據庫。

（4）上傳裝置序列號和老化異常記錄信息數據到數據庫。

（5）MES系統通過裝置序列號來關聯裝置生產過程中的其他信息。

3.6 對裝置老化異常原因進行離線深度分析

當發現裝置高溫老化過程中出現異常日志記錄后，需要對裝置高溫老化異常原因進行離線深度分析，便于改進。方法如下。

（1）生產制造專業技術人員分析裝置高溫老化出現的異常記錄現象與MES系統中記錄的該裝置生產制造其他環節發現的異常現象是否有相關性和一致性，比如單板測試環節，裝置聯調環節。

若有相類似的現象，則分析這些現象是否為同一原因產生的。

（2）在MES生產管理系統的數據庫中統計分析同類裝置中出現類似老化異常記錄的概率分布情況。

分析該異常記錄現象是偶發性還是大面積異常現象。

若是出現大面積異常現象，則要徹底搞清原因，不然會出現批次質量問題。

（3）結合異常日志記錄和后續聯調測試記錄，由專業技術人員繼續分析，必要時，需要進一步實驗和測試。比如硬件系列分析與測試：金相分析，掃描電子顯微鏡及能譜分析，X射線無損分析，熱變形測試，振動測試等。比如軟件系列分析與測試：缺陷復現，外部壓力測試，邏輯分析等。

最終分析清楚哪個環節導致的原因：硬件設計、硬件制造、軟件配置、軟件設計、版本匹配和使用不當。

（4）根據分析定位的異常原因，進行后續改進和優化，比如：替換器件，保證器件質量一致性，提升制造工藝，優化生產流程；硬件參數容量冗余設計，修正軟件缺陷，更改配置，增加調試項目清單等。

4 結束語

本文介紹了一種電力系統安全自動裝置的集群式高溫老化異常監視方法和軟件。通過在生產制造中心大規模推廣該方法和軟件，取得了明顯的經濟效益。顯著降低了對一線工人的技術要求，由以前熟練掌握裝置內部功能細節的技術工人，降低為僅僅會操作電腦即可的簡單技術工人。大幅節省大批量裝置高溫老化流程環節的工時，工時縮短70%。并提高裝置高溫老化異常現象人工檢查時的正確檢出率。為公司產品質量缺陷及早暴露提供了更好的手段，從而提升了公司的自動化產品出廠質量。