短时故障报警记录功能在卷烟企业自控系统中的应用

2016-03-25叶胜利

中国设备工程 2016年2期

关键词：上位机

何　寅　王　虎　叶胜利

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江杭州 310000）

短时故障报警记录功能在卷烟企业自控系统中的应用

何寅王虎叶胜利

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江杭州 310000）

摘要：着重分析短时故障报警无法被上位系统记录的机理，并探索出在不改变原有硬件的基础上实现短时故障报警记录功能的方法，从而确保事后维护人员分析故障原因的依据可靠充分。

关键词：PLC；上位机；短时故障；报警记录控

工业自动化控制程度的不断提高，给当今社会带来了更高效、更稳定、更安全的生产方式。大量企业单位普遍采用PLC与上位组态软件搭配，通过传感器数据采集、程序编辑、执行机构控制输出的方式进行工业生产控制。上位组态软件既用于过程数据记录、设备运行控制，也用于收集故障历史记录，而故障历史记录是维护人员追溯设备故障原因最有效的工具。不完整的故障历史记录不仅无法起到追溯设备故障原因的作用，还存在误导维护人员排查故障的风险。

杭州卷烟厂“十一五”异地搬迁后，为了提高设备运行的稳定性，扩大产能，引进了大量的新型设备。其中动力车间作为全厂区动力能源的枢纽，改造过程中广泛采用了PLC+HMI+上位机的自动化控制架构，以提高动力设备的控制精度和集中控制水平。自动化控制系统给我们带来操作及控制便利的同时，也带来了故障排查与维修的困难，尤其是短时故障报警无法被上位系统记录，导致维护人员事后难以追溯设备故障原因，因此对故障报警信息采集以及处理流程加以改进，实现了短时故障报警的记录功能。

一、自动化控制系统故障信息产生及处理流程介绍

自动化控制系统的故障信息产生以及处理流程如图1所示。

PLC等下位机通过阀门反馈、电流、电压测量、温度测量、压力测量、水位测量等传感器监测方式在线实时采集自动化控制系统的设备运行过程数据，并且基于预设的报警参数组态进行程序运算，通过判断模拟量越限、计时器超时、开关量变位等变量产生报警信息。若存在报警，一方面执行PLC程序中预设的故障处理程序，一方面提供给上位机的数据采集模块，供人机界面报警及故障历史记录。

图1

杭州卷烟厂动力车间真空系统采用S7-300PLC作为下位机，上位机组态软件选用simatic wincc flexible 及GE ifix V5.1作为本地操作站及后台操作站。真空泵正常运行必须保证一定的冷却水流量，冷却水流量出现异常时，流量开关监测到水流量低于设定值，产生反馈开关量变位，S7-300接收到此变位信息后，执行对应的故障处理程序进行对应设备的停机操作，同时提供水流开关报警信息至上位机ifix人机界面，提醒操作人员设备停机的现象及停机原因。

二、短时故障报警无法被上位机记录的机理分析

故障历史记录功能大部分通过上位机定时采集PLC内寄存器数据，判断寄存器状态点变化来实现，受硬件条件所限，上位机的扫描周期远远大于PLC的扫描周期，存在很大的采集盲区。举例：我厂空调机组用以维持生产区域温湿度水平，以满足生产工艺要求，采用的控制系统结构为西门子S7-300PLC+IFIX组态软件，按安防设计要求，在火灾报警信号接入时，空调机组须立即停机，防止火灾通过风管扩大燃烧范围。该系统中S7-300PLC程序扫描周期小于150ms，IFIX组态软件的扫描周期为1s。持续时间大于S7-300扫描周期但小于1s的火灾报警信号会导致空调风机进入停机状态，但无法被IFIX组态软件进行记录，大大增加了事后设备故障维修的技术难度。

三、短时故障报警记录功能探讨

1.改进原理

在不对原有上位机硬件设备更新改造的基础上，针对上述故障历史记录采集盲区提出以下改进方案，用以确保短时故障报警被可靠记录：下位PLC程序运行过程中采集到故障报警后，将依循程序编程者的预定思路产生故障报警信息，这些故障报警信息在上位机未轮询到故障报警信息之前，始终使其持续保持故障报警信息，一直等待上位机采集到故障报警信息后，方可通过上位机发送复位命令复位下位PLC寄存器内的相应故障报警信息。故障报警信息采集以及处理流程如图2所示。

图2

2.实施案例

下位PLC程序运行过程中采集到故障报警后，持续保持对应故障报警寄存器处于置位状态，如杭州卷烟厂安防系统产生200ms时间长度的火灾报警信号，该报警信号通过PLC的数字量输入模块进入PLC后，依据故障程序设计，PLC将控制空调机组执行紧急停机程序，但此时可通过额外的预设程序用以保持火灾故障报警寄存器处于置位状态，约1s后IFIX组态软件数据采集模块将扫描到该火灾故障报警寄存器处于置位状态，而后由IFIX组态软件侧发送火灾故障报警寄存器复位命令至下位PLC，并通过人机界面弹出火灾故障报警的报警信息界面，同时保存此报警信息至上位机数据库中。全过程既保证了火灾故障报警信息导致空调机组停机的故障报警信息被可靠记录及追溯，又通过上位机复位下位机报警寄存器的方式确保短时故障报警记录功能的持续性。

3.测试过程中的注意事项

（1）修改后的故障报警信息寄存器须确保只用于上位机故障采集，而不用于其他程序执行，防止下位机PLC程序执行效率下降甚至出错。

（2）上位机采集到故障报警信息后，确认方式可选两种，即人工确认及自动确认，考虑到杭州卷烟厂实际工况，就其自动确认方式进行探讨，将故障按持续时间长度分为两类。

第一类，短时报警故障间隔大于上位机数据采集周期：此时不必考虑一个上位机数据采集周期内产生多次短时报警故障的情况。

第二类，短时报警故障间隔小于上位机数据采集周期：此时须考虑一个上位机数据采集周期内产生多次短时报警故障的情况。

前文提到的改进方案只适用于第一类情况，对于第二类情况分析如下。

如：1s IFIX组态软件数据采集周期内，PLC侧连续出现多次火灾报警信号。

针对此类情况的解决方法为：PLC侧采集到故障报警信息后，对应故障报警寄存器会产生一个上升沿的脉冲信号，该脉冲信号可用以触发对应故障计数器进行数据累计，每一次PLC采集到故障报警信息，故障计数器均增加一次计数，待上位机采集到故障计数器数据不为零后，报警界面记录对应报警信息及故障计数器数据，同时清零对应故障计数器，下一个周期重复进行。故障报警信息采集以及处理流程如图3所示。