高亞東 周林

摘 要：自動控制系統(tǒng)因設(shè)備故障發(fā)生故障停機時，將設(shè)備控制關(guān)聯(lián)各類控制信號出現(xiàn)的時間取出，該時間可以精確到PLC的某一個掃描周期，這樣在設(shè)備故障分析時，就能根據(jù)這些信號出現(xiàn)的先后順序判斷出設(shè)備故障是由哪個信號引起的，從而方便維護人員及時準確排除故障。

關(guān)鍵詞：停機;周期;時間順序;故障信號;聯(lián)鎖

中圖分類號：TP182 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0020-20

0 引言

工業(yè)控制系統(tǒng)中，一條生產(chǎn)線有幾個甚至十幾個設(shè)備組成，每個設(shè)備有幾個聯(lián)鎖信號;如某個信號發(fā)生閃斷，可能造成整條生產(chǎn)線停機，有的還可能對其他生產(chǎn)線造成影響;信號的閃斷時間一般為毫秒級的，組態(tài)軟件采集周期為秒級的，很難采集到故障信息;而閃斷信號恢復(fù)正常后可正常啟動，很難找到故障點。如這種問題經(jīng)常發(fā)生會給正常的生產(chǎn)造成很大影響，甚至嚴重影響生產(chǎn)指標的穩(wěn)定。

一般的故障診斷方法為點檢人員巡回檢查，發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備異常，這種方法受個人技術(shù)水平影響大，耗費人力，而且好多問題通過肉眼觀察不到;一些智能設(shè)備如變頻、軟啟只是測限幅，過載，接地等主回路故障，不能檢測控制回路信號故障;現(xiàn)在還沒有對整個生產(chǎn)線所有設(shè)備作為一個整體，考慮各設(shè)備間連鎖關(guān)系的故障檢測方法。

1 總體思路

通過實時采集設(shè)備信號，將信號動作時間鎖存，時間以“時-分-秒-周期”格式存儲。信號采集分三種形式：一是通過搭建邏輯屏蔽由于其他設(shè)備停機導(dǎo)致的本設(shè)備連鎖停機和工控畫面正常操作停機導(dǎo)致的信號動作，只記錄由于故障導(dǎo)致的信號動作，通過取出的信號動作時間先后順序判斷由于哪個信號導(dǎo)致的停機事故，信號的清除可以是手動清除也可以是到本班結(jié)束時清除，如不清除信號再次來不更新;二是只要設(shè)備信號動作就將動作時間記錄下來，新的代替舊的;三是設(shè)備信號動作時間記錄后十分鐘內(nèi)（可根據(jù)實際情況設(shè)定）再次動作不更新，十分鐘后再次動作用新的信號動作時間代替舊的。

2 技術(shù)方案

如一個信號故障引起設(shè)備停機，則這個設(shè)備的其他信號如接觸器、抱閘接觸器吸合，變頻器運行等信號連鎖動作，而這些信號動作時間間隔在1秒以內(nèi)，所以如果將動作時間精確到秒，不能分出動作的先后順序，所以必須將時間精度提高。

PLC是采用“循環(huán)掃描，順序執(zhí)行”的工作方式。PLC的一個掃描周期分刷新輸入映像區(qū)、程序執(zhí)行和刷新輸出映像區(qū)三個階段。在刷新輸入映像區(qū)時采集到的故障信號，在程序執(zhí)行階段引起輸出的動作，而在刷新輸出影像區(qū)時引起的如變頻器，接觸器等外部控制設(shè)備的動作，動作的反饋信號必定在下一個或下幾個掃描周期后才能被采集，將時間精確到掃描周期必定能分出信號發(fā)生的先后順序，從而判斷設(shè)備停機的故障原因。

以每個設(shè)備為獨立單元，將這個設(shè)備所有信號采集，信號動作時將時間記錄下來，精確到掃描周期，通過比較動作時間順序，可快速確定停機原因，縮短故障處理時間。有時雖未發(fā)生停機事故，而發(fā)現(xiàn)程序采集到了故障信號，則這個信號的閃斷時間極短，未造成停機，這種情況在啟保?？刂圃O(shè)備中時有發(fā)生;針對這種情況可以在停機時處理避免設(shè)備事故。

在連續(xù)生產(chǎn)線上一個設(shè)備的停機可能引起數(shù)十個設(shè)備的停機，如將所有停機設(shè)備的動作信號都記錄下來則記錄的信息可能有數(shù)百條，進行故障原因分析時增加了難度，延長了事故的處理時間。通過搭建邏輯屏蔽由于其他設(shè)備停機導(dǎo)致的本設(shè)備連鎖停機和工控畫面正常操作停機導(dǎo)致的信號動作，只記錄出問題設(shè)備信號動作，其上游設(shè)備由于本設(shè)備聯(lián)鎖停機，其信號動作時間不記實錄，這樣就將故障定位到某個設(shè)備的某個信號，定位精確、容易查找。如因操作人員誤操作停機，則只記錄操作信號的觸發(fā)時間，可通過和操作人員溝通確認停機原因，避免失誤再次發(fā)生，同時避免設(shè)備維護人員盲目查找故障原因付出的勞動。

搭建邏輯屏蔽由于其他設(shè)備停機導(dǎo)致本設(shè)備連鎖停機而引發(fā)的連鎖信號動作和正常操作停機引發(fā)的本設(shè)備信號動作通過如下方法實現(xiàn)。

當設(shè)備發(fā)生故障停機時首先時判斷：（1）由于其他設(shè)備停機導(dǎo)致的本設(shè)備連鎖動作停機;（2）操作人員正常操作停機導(dǎo)致本設(shè)備信號動作;（3）由于本設(shè)備有問題導(dǎo)致信號動作。

如原因1導(dǎo)致本設(shè)備連鎖停機則不做記錄，如因原因2導(dǎo)致的本設(shè)備停機則只記錄操作信號動作時間，如原因3導(dǎo)致設(shè)備停機則記錄故障信號動作時間和由于故障信號動作導(dǎo)致本設(shè)備的其它信號連鎖動作時間;其它由這個設(shè)備引起的停機屬于情況1。

3實例分析

下面是比較有代表性的事故案例，做一下詳細分析，圖中輸入、輸出名稱一一對應(yīng)，如輸入KA1對應(yīng)QKA1。

上圖1為設(shè)備Z11故障停機時程序截圖，Sel引腳為1屬于上述第二種形式，在信息清除，前新的故障停機信號不再檢測。Z11為傳送皮帶，其聯(lián)鎖信號由Z11KA1：遠程信號，Z11KM：接觸器吸合信號，Z11KMB：抱閘接觸器吸合信號，LATP：拉繩信號，Z11RQBT：軟起動器備妥信號，Z11RQGZ：軟起動器故障信號，Z11K：Z11設(shè)備啟動信號（為PLC軟點），NEXT：Z11皮帶下游設(shè)備運行信號，Z11K0：Z11啟動繼電器吸合信號;V_Work、Z11Lxk、V_Quit、V_STX為系統(tǒng)停機信號。從截圖信號動作時間順序分析，接觸器吸合信號QKM、軟啟動點QK釋放時間為02：55：13：005（凌晨兩點五十五分十三秒第5個掃描周期），兩個掃描周期后02：55：13：007繼電器觸點QJDQ1、抱閘觸點QKMB動作;由此分析為Z11接觸器輔助觸點故障導(dǎo)致的停機，輸入JDQ2接的為啟動繼電器反點，記錄繼電器吸合時間，02：55：38：002 QJDQ2、RQBT信號動作，說明在設(shè)備停機15秒2個周期后設(shè)備再次啟動。此圖是在03：07：42：010抓取的，即停機后的12分鐘查出的設(shè)備原因，中間包括操作人員和設(shè)備維護人員溝通和到主控室路上時間。

某一設(shè)備停機后已經(jīng)啟動，維護人員還沒來得及調(diào)出程序再次發(fā)生故障停機，如沒有將原來信號動作時間信息清除，則無法就檢測到最新的故障信息;本方法的第二種形式為只要信號動作就用新的動作時間代替舊的，如果設(shè)備停機后，其聯(lián)鎖信號再動作則不記錄，只記錄停機過程中設(shè)備信號的聯(lián)鎖動作，防止停機后有其它操作導(dǎo)致信號不統(tǒng)一，給問題分析制造障礙。圖2為皮帶機S5故障停機時程序截圖，Sel引腳為2屬于第三種形式，22：15：13：006 S5拉繩接入PLC信號松動，2個周期后22：15：13：008啟動繼電器S5K0釋放，接觸器KM在同一個周期釋放。如為現(xiàn)場拉繩開關(guān)動作會導(dǎo)致S5控制回路斷電，則拉繩LATP、接觸器KM、遠程KA1、輸出軟點K同時動作，本次事故遠程信號沒動作，拉繩信號動作比接觸器、啟動繼電器早兩個周期，依此判斷為拉繩接入PLC信號松動導(dǎo)致的停機。

上圖3為檢測系統(tǒng)操作信號和外系統(tǒng)信號動作時間截圖，K104皮帶機為本系統(tǒng)下游設(shè)備，屬于另一控制系統(tǒng)設(shè)備，22：13：03：008 K104急停信號K104Quit觸發(fā)本系統(tǒng)上游設(shè)備停機，22：15：33：006 K104皮帶運行（K104Run），也就是說K104皮帶在停機2分30秒后啟動，本系統(tǒng)上游設(shè)備可啟動。23：05：22：016 VI_STX生產(chǎn)線順序停止，為操作人員根據(jù)工藝要求停止。如因操作人員誤操作引起的設(shè)備停機通過程序記錄的信息可以佐證。

通過這三套程序結(jié)合著看可以查出絕大部分故障問題。

4 結(jié)論

此方法在不增加硬件投資的情況下可快速定位設(shè)備故障點，縮短了故障排除時間，提高了生產(chǎn)效率，特別是在離散量控制領(lǐng)域值得推廣。