彌春霞、王博（山東萊鋼自動化部，271104）
摘要： 該系統(tǒng)通過PLC采集現場生產數據，作為故障判斷和定位的基礎，上位機對采集的數據進行處理，判斷現場各設備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。
關鍵詞： PLC MMI 以太網通訊
一、概述
該系統(tǒng)通過工業(yè)以太網實現上位監(jiān)控機和可編程控制器PLC通訊和數據交換，上位機從PLC采集現場生產數據，作為故障判斷和定位的基礎，在上位機上以RSVIEW工業(yè)監(jiān)控軟件作平臺，制作適宜于項目的畫面，上位機對采集的數據進行處理，判斷現場各設備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。
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)控軟件為平臺進行開發(fā)的。系統(tǒng)硬件采用IPC 610 研華工控機，主頻800HZ，40G硬盤。系統(tǒng)不另配主機，與原監(jiān)控畫面并行運行，系統(tǒng)同時在4臺監(jiān)控機上運行，與原MMI由身份識別程序進行窗口切換。采用工業(yè)以太網，將現場5套AB 5/40E 工業(yè)控制器PLC和四臺上位監(jiān)控機進行連接，實現數據通訊。在該系統(tǒng)中，以四套AB PLC-5/40E作為主控制器，分別用于連鑄機的公用系統(tǒng)及三套鑄流系統(tǒng)的自動控制。共25臺變頻器則各自作為遠程站與PLC進行通訊：其啟動、停止、調速等指令均由PLC以數據通訊形式下達給變頻器，同時變頻器的各種狀態(tài)數據以同樣形式反饋給PLC。用于公用控制的PLC系統(tǒng)中，主機架通過CPU外掛5個擴展機架，2塊遠程輸入/輸出模板（RIO）及4臺變頻器。用于鑄流控制的三套PLC系統(tǒng)的配置完全相同，均是：主機架通過CPU外掛2個擴展機架，3塊RIO及7臺變頻器。
硬件和網絡配置圖（圖1）
三、軟件開發(fā)
軟件采用模塊化結構，由通訊與數據采集模塊、數據處理與故障判斷模塊、身份識別模塊、操作跟蹤模塊、故障模擬模塊。見軟件結構圖（圖2）。
圖2
3.1通訊與數據采集模塊
通訊與數據采集模塊實現現場生產數據的采集，以及在線故障診斷系統(tǒng)與PLC之間的數據交換。現場數據首先由PLC采集，然后，診斷系統(tǒng)再通過以太網通訊采集PLC中的數據。診斷系統(tǒng)產生的控制指令通過網絡通訊下達到PLC，由PLC控制現場設備的響應。
3.2數據處理與故障判斷模塊
數據處理與故障判斷模塊實現對現場數據的處理，并根據數據處理的結果判斷設備的工作狀態(tài)，確定故障是否發(fā)生，并支持故障查詢定位，給出故障處理向導。以拉矯機的故障判斷為例進行描述。
拉矯機的狀態(tài)有三種：正轉、反轉、停止，故障狀態(tài)定義為當前狀態(tài)不符合按照生產工藝要求的狀態(tài)。拉矯機的故障判斷按下圖邏輯進行判斷：（圖3）
圖3
圖3的構圖布局與實際系統(tǒng)工作界面的構圖布局相同，在實際系統(tǒng)工作界面中條件方框全部為按鈕組件，當條件滿足時相應按鈕為綠色，不滿足為紅色。如果右端的三組條件有一組具備，則判定按工藝拉矯機應當正轉，此時，拉矯機如狀態(tài)正確，正轉按鈕應當呈現綠色，如果為紅色，則拉矯機故障，系統(tǒng)給操作界面警示信號。如果兩臺拉矯機同時故障，系統(tǒng)要求操作工給出應答確認，進入故障處理程序。檢修人員可以觀察當前畫面，如是電機過熱導致故障，電機過熱按鈕將呈現紅色，點擊該按鈕，彈出故障處理向導。畫面如（圖4）
圖4
通過以上簡單例子的描述，可以看出該模塊能夠完成故障點的精確定位，并給出故障處理向導。這種故障顯示方式具有直觀、便捷的優(yōu)點，如果到復雜的PLC程序中去找故障點，就不具有這種優(yōu)點。即使對工藝和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身份識別模塊
身份識別模塊能夠識別操作者身份，防止非授權操作。該模塊將設備操作管理功能分為三個級別，即操作級、管理級、維護級，不同級別人員有不同的工作界面，除操作級外，其他人員均無法操作現場設備，各級別均有口令保護。模塊對操作級更添加了鎖定保護，操作員即使不關閉操作畫面，只需點擊鎖定按鈕，系統(tǒng)就不在響應任何操作命令，當再次點擊解鎖按鈕時，系統(tǒng)要求重新輸入口令，否則，不能解鎖。
當按下任一按鈕時，彈出口令識別對話框，要求輸入口令，口令正確，進入下一級畫面，否則，退回選擇畫面。
操作級工作站是操作工操作現場設備的畫面；管理級工作站即工程師工作站，是工程師調試、修改程序所使用的界面；維護級工作站是現場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。當通過身份識別進入操作界面后，所作的任何一個操作命令，都將記入日志文件。操作級無權查閱或修改日志文件，只有管理級才有這一權限。該模塊妥善保留了原始操作記錄，為進行責任界定，提供了客觀依據。
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。在維護級界面中，專門設置了一個模擬按鈕，當按下這一按鈕時，系統(tǒng)自動打開模擬畫面，模擬畫面的結構和外觀與工作畫面完全相同，區(qū)別是，模擬畫面不與任何外部點相連，全部使用數據庫的內部點。可以修改數據庫的數據，以實現故障設定，系統(tǒng)會根據設定，演示相應故障。該功能主要用于復現故障和技術培訓。
四、主要控制功能
4.1 數據處理與故障判斷技術
從PLC采集數據以后，必須決定哪些信號狀態(tài)的組合以及如何組合可以判斷為故障；為了建立某一設備的故障判斷模型，哪些信號是必須的，哪些信號可以作為輔助條件。在此項目工作中，我們利用先進的專家系統(tǒng)技術手段建立了信息庫，制定了判斷規(guī)則，故障判斷模型。
4.2 身份識別及操作跟蹤技術
這臺連鑄機自動化程度較高，所有操作都可以在主控室上位機的MMI上完成，而任何非法操作都將可能導致嚴重的人身、設備事故，影響安全生產。我們把設備的操作權限進行了分級管理，分為操作級、維護級、管理級，每一級別的人員享有進行相應級別操作的權限，進入操作界面必須輸入正確的口令，對其他級別的操作界面無權操作也無權進入。操作人員可以暫時將界面鎖定，系統(tǒng)將拒絕響應未授權的操作，但不影響其他級別的正常操作。系統(tǒng)對每一項操作都將形成日志文件，記錄操作的內容、時間、級別。
4.3 故障分級管理和人工干預接口技術
系統(tǒng)對各種故障進行分級管理，根據故障對生產和設備的影響程度，把故障分為兩類，即一般性故障和嚴重性故障，不同的故障處理方式不同。故障信息同時反饋到操作級界面，一般性故障只給予提示，如何處理由操作人員確定；嚴重性故障給操作員三種選擇，即停機、解除聯(lián)機自動、忽略。操作員必須給出應答，否則，在經過延時后，系統(tǒng)將自動向PLC發(fā)出拉尾坯工作方式命令，連鑄機進入澆注結束處理程序。
4.4 故障模擬技術
該技術允許系統(tǒng)離線模擬故障，重現故障過程，可以用于故障研究，也可用于技術培訓。
五、結束語
矩形坯連鑄機在線故障診斷系統(tǒng)開發(fā)過程中采用了先進的數據處理及故障定位技術，系統(tǒng)模塊化編程方法以及合理的功能劃分體現了系統(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培訓功能，既創(chuàng)造直接的經濟效益，又具有良好的社會意義，有推廣的價值。
參考文獻：
[1] 廈門艾倫-布拉德利有限公司. PLC-5 編程軟件, 軟件組態(tài)與維護
作者簡介：
彌春霞，工程師，現從事冶金自動化控制工作。
