程建立，朱燕萍，吳小文，朱 挺，平志明

（浙江中控技術(shù)股份有限公司，杭州 310053）

控制系統(tǒng)的全生命周期涵蓋從規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、工程施工，到投產(chǎn)、竣工驗(yàn)收、允許、維護(hù)、變更直至報(bào)廢的全過程[1]。控制系統(tǒng)的使用過程中涉及前期的選型、采購、維保等方面[2]，隨著新的控制系統(tǒng)的發(fā)展，不同行業(yè)、不同企業(yè)都向著自動(dòng)化控制發(fā)展。而多數(shù)企業(yè)的控制系統(tǒng)隨著使用年限的增長，有必要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢分析，確保安全生產(chǎn)。目前，點(diǎn)檢方式可分為人工點(diǎn)檢和點(diǎn)檢儀點(diǎn)檢。人工點(diǎn)檢采用人員在現(xiàn)場(chǎng)駐守檢測(cè)、觀察，該方法存在人員素質(zhì)參差不齊、標(biāo)準(zhǔn)不一、數(shù)據(jù)記錄繁瑣且易丟失等問題，將逐漸被淘汰[3]。因此，有必要對(duì)點(diǎn)檢工具進(jìn)行深化和研究。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)現(xiàn)狀

根據(jù)安監(jiān)總管三【2014】116 號(hào)文《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》，分別在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段要求、操作維護(hù)階段要求中提出，為保證安全儀表系統(tǒng)的安裝完整性等級(jí)，需要確定檢驗(yàn)測(cè)試周期、計(jì)劃與規(guī)程?！栋踩a(chǎn)法》第三十三條規(guī)定，安全設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢測(cè)、維護(hù)、改造和報(bào)廢，應(yīng)當(dāng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)經(jīng)營單位必須對(duì)安全設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù)、保養(yǎng)，并定期檢測(cè)，保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。維護(hù)、保養(yǎng)、檢測(cè)應(yīng)當(dāng)做好記錄，并由有關(guān)人員簽字。

目前的實(shí)施操作中存在如下問題：①檢驗(yàn)問題記錄易出現(xiàn)漏寫。多數(shù)檢驗(yàn)人員采用心記方式，難免忘記填寫部分問題；②檢驗(yàn)問題匯總復(fù)雜、費(fèi)時(shí)[4]。點(diǎn)擊需要記錄的數(shù)據(jù)比較多，卡件類型、設(shè)備類型錯(cuò)綜復(fù)雜，難免算錯(cuò)或者記錯(cuò)測(cè)量值；③在點(diǎn)檢項(xiàng)目實(shí)施過程中，面臨著工期短、限制條件多、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)大等諸多不利因素[5]。

2 點(diǎn)檢工具概述

點(diǎn)檢工具依托SPT 硬件平臺(tái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢測(cè)試。它定義了點(diǎn)檢的過程；收集點(diǎn)檢過中的資料；檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；簡化打點(diǎn)測(cè)試操作，實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)收集；手動(dòng)、自動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試；端子板配電輸出、保險(xiǎn)絲通斷、采樣電阻值檢測(cè)等。最終，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)配置，按順序整合各個(gè)步驟中的資料文件圖片表格，生成點(diǎn)檢報(bào)告。點(diǎn)檢工具按項(xiàng)目維度區(qū)分不同控制系統(tǒng)，完整覆蓋項(xiàng)目管理、權(quán)限管理、工程信息配置、軟件授權(quán)管理等現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。點(diǎn)檢工具安裝環(huán)境，支持win7 系統(tǒng)，分辨率1920×1080。整體架構(gòu)圖如圖1。

圖1 整體架構(gòu)圖Fig.1 Overall architecture diagram

3 點(diǎn)檢工具軟件設(shè)計(jì)

本工具采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)使用單機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)，基于MFC 框架，采用純C++語言開發(fā)，配置采用INI 文件存儲(chǔ)。主要功能模塊有：工程管理模塊、系統(tǒng)診斷模塊、文檔處理模塊、IO 點(diǎn)檢測(cè)試模塊、響應(yīng)時(shí)間測(cè)試模塊、端板檢測(cè)模塊、UCP 驅(qū)動(dòng)模塊等。組件架構(gòu)圖[6]如圖2。

圖2 組件架構(gòu)圖Fig.2 Component architecture diagram

3.1 工程管理模塊設(shè)計(jì)

本點(diǎn)檢軟件中，所有的規(guī)程操作都是基于檢驗(yàn)測(cè)試工程：必須先創(chuàng)建或者打開點(diǎn)檢工程，然后才能在點(diǎn)檢軟件中執(zhí)行其他的操作步驟。工程管理是指對(duì)點(diǎn)檢工程本身的編輯管理功能，包括新建工程、打開工程、工程配置、保存工程、關(guān)閉工程、導(dǎo)出報(bào)告，以及權(quán)限管理設(shè)置等。這些功能組成了主界面的工具欄，方便使用者操作這些信息。

設(shè)計(jì)約束：

新建工程，點(diǎn)擊后彈出新建工程的對(duì)話框，創(chuàng)建一個(gè)新的點(diǎn)檢工程。

打開工程，點(diǎn)擊后彈出打開工程的對(duì)話框，對(duì)話框中有下拉菜單可以選擇需要打開的工程。

工程配置，點(diǎn)擊后彈出工程配置的對(duì)話框，里面是工程的基本屬性配置，包括用戶名稱、項(xiàng)目名稱、裝置工段、控制室、控制站、機(jī)籠數(shù)量、操作站等項(xiàng)目信息和參與項(xiàng)目的點(diǎn)檢工程師基本信息。

保存工程，將當(dāng)前打開的點(diǎn)檢工程保存。

關(guān)閉工程，注銷并關(guān)閉點(diǎn)檢平臺(tái)。

導(dǎo)出報(bào)告，合并工程文件，導(dǎo)出點(diǎn)檢報(bào)告。

權(quán)限管理設(shè)置，使用用戶權(quán)限登陸時(shí)，只能查看工程，不能編輯或者操作工程；使用工程師權(quán)限登陸時(shí)，可對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行任意操作。工程師站的登陸密碼需設(shè)置并保存，登陸時(shí)使用密碼登陸。

3.2 系統(tǒng)診斷模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)診斷包括兩部分：一部分是被測(cè)系統(tǒng)的診斷，還有一部分是本測(cè)試系統(tǒng)的診斷。作業(yè)時(shí)，需要保證被測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)都是正常的。因本系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)都是同一套硬件設(shè)計(jì)原理，所以軟件獲取診斷信息設(shè)計(jì)時(shí)考慮將兩個(gè)系統(tǒng)合并到一個(gè)類中，使用不同類型區(qū)分不同系統(tǒng)。被測(cè)系統(tǒng)需要提供組態(tài)，通過組態(tài)獲取系統(tǒng)的域地址、站地址，實(shí)現(xiàn)本軟件與控制器的通訊，以獲取下位機(jī)實(shí)時(shí)診斷數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的硬件設(shè)備因只有控制器和通訊卡的空組態(tài)，所以提供手動(dòng)輸入域地址和站地址的編輯框，然后根據(jù)輸入的域地址、站地址實(shí)現(xiàn)通信，需要實(shí)現(xiàn)控制器信息上載顯示的功能。上載信息包括組態(tài)一致性、控制器運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)故障信息、模塊故障信息、強(qiáng)制信息、線路故障等。

3.3 文檔處理模塊設(shè)計(jì)

文檔處理是比較核心的模板，其主要功能包括數(shù)據(jù)記錄的保存和各個(gè)檢測(cè)模塊數(shù)據(jù)記錄的整合成一個(gè)可輸出word 文檔。本設(shè)計(jì)中文檔處理模塊強(qiáng)依賴Office/WPS，即使用本軟件的時(shí)候需要系統(tǒng)預(yù)裝Office 或者WPS 增強(qiáng)版。實(shí)現(xiàn)的功能包括：創(chuàng)建word 文件，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過Office/WPS 后臺(tái)進(jìn)程，輸入word 文檔，形成文字塊或者表格，插入圖片等。整合報(bào)告是將分散的各個(gè)word/excel 文件合并成一個(gè)最終報(bào)告。

3.4 授權(quán)管理模塊設(shè)計(jì)

授權(quán)管理是通過軟件狗實(shí)現(xiàn)的。在該模塊中集成了軟件狗的DLL，通過定時(shí)調(diào)用軟件狗開放的接口，檢測(cè)是否有軟件狗。如果沒有軟件狗，則只允許使用10min。無軟件狗時(shí)，不允許與控制系統(tǒng)通信。

3.5 IO點(diǎn)檢測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

IO 點(diǎn)檢測(cè)試是個(gè)順序過程，點(diǎn)檢過程為：先用DB37線連接工業(yè)控制系統(tǒng)被檢測(cè)IO 卡件跟SPT 硬件平臺(tái)的檢測(cè)卡件，用點(diǎn)檢工具生成打點(diǎn)值（電壓值），將打點(diǎn)值轉(zhuǎn)成ACD 碼值寫入被檢測(cè)卡，被檢測(cè)卡輸出對(duì)應(yīng)打點(diǎn)值到檢測(cè)卡，點(diǎn)檢工具讀取檢測(cè)卡中被檢測(cè)卡輸出值，轉(zhuǎn)成實(shí)際電壓與發(fā)送的電壓值比較，測(cè)量量程的5%，25%，50%，75%，95%等，分別按H/L 比值下載。最后，根據(jù)算法判斷被檢測(cè)卡輸出精度是否達(dá)標(biāo)，將結(jié)果寫入excel 表格。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3、圖4。

圖3 IO點(diǎn)檢整體流程圖Fig.3 Overall flow chart of IO spot check

圖4 點(diǎn)檢流程圖Fig.4 Check flow chart

開始時(shí)，根據(jù)診斷模塊讀取的組態(tài)信息，獲取工業(yè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備信息，然后通過系統(tǒng)管理命令獲取控制器上實(shí)際設(shè)備信息，將兩者信息比較，如果一致，才允許進(jìn)入檢測(cè)程序，否則就報(bào)設(shè)備信息不一致的錯(cuò)誤，退出該模塊的檢測(cè)程序。檢測(cè)程序根據(jù)不同的卡件類型（輸入模擬量、輸入開關(guān)量、輸出模擬量、輸出開關(guān)量），自動(dòng)選擇匹配的測(cè)試卡件，輸入卡對(duì)應(yīng)PADI，輸出卡對(duì)應(yīng)PDO。輸入卡的檢測(cè)：檢測(cè)卡輸出信號(hào)給輸入卡，然后讀取輸入卡上的采樣值。輸出卡的檢測(cè)：強(qiáng)制輸出卡輸出信號(hào)給檢測(cè)卡，然后讀取檢測(cè)卡中獲取到的采樣值。

功能拆分：

1）測(cè)試卡、檢測(cè)卡信息讀?。簭目刂普拘畔⑴渲媚K獲取數(shù)據(jù)。

① 接入界面時(shí)，從控制站信息配置模塊獲取數(shù)據(jù)填充對(duì)應(yīng)的下拉框。

② 測(cè)試卡顯示需要帶卡信息、機(jī)架信息、槽位信息以及左右控制器信息。

③ 檢測(cè)看顯示需要帶卡信息、槽位信息。

2）實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警控制，默認(rèn)不需要報(bào)警。

3）檢測(cè)測(cè)試值下發(fā)和測(cè)試結(jié)果讀?。悍謨煞N情況，對(duì)應(yīng)PADI 和PDO 卡。

① 聯(lián)機(jī)讀取組態(tài)，比較組態(tài)狀態(tài)（檢測(cè)卡、測(cè)試卡）。

② 選擇測(cè)試通道。

③ 批量填充測(cè)試值。

④ 聯(lián)機(jī)下發(fā)測(cè)試值。

⑤ 聯(lián)機(jī)讀取實(shí)測(cè)值。

⑥ 計(jì)算偏差。

3.6 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

響應(yīng)時(shí)間測(cè)試是邏輯程序回路的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試，具體操作為先用DB37 線分別連接被檢測(cè)卡件與檢測(cè)卡，選擇被檢測(cè)卡卡件中的輸出引腳和被檢測(cè)卡件中的輸出引腳，用被測(cè)控制系統(tǒng)的邏輯程序連接。測(cè)試時(shí)，點(diǎn)檢工具向SPT 系統(tǒng)發(fā)檢測(cè)命名，SPT 收到信號(hào)后給被測(cè)卡件輸入引腳供電，直到檢測(cè)到被測(cè)卡件輸出引腳發(fā)生跳變，記錄下這段跳變時(shí)間，點(diǎn)檢工具訪問SPT 硬件讀取響應(yīng)時(shí)間顯示在界面上，同一回路最大允許測(cè)試100 次。根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷響應(yīng)時(shí)間是否符合標(biāo)準(zhǔn)。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5、時(shí)序圖如圖6。

圖5 響應(yīng)時(shí)間流程圖Fig.5 Response time flow chart

圖6 響應(yīng)時(shí)間時(shí)序圖Fig.6 Response time sequence diagram

3.7 端子板點(diǎn)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

端子板檢測(cè)主要檢測(cè)控制系統(tǒng)外圍供電板特性，點(diǎn)檢的項(xiàng)目包括外配電檢測(cè)、保險(xiǎn)絲通斷檢測(cè)、采用電阻值檢測(cè)等，生成報(bào)告時(shí)需要考慮保險(xiǎn)絲拔出和保險(xiǎn)絲恢復(fù)。具體操作為先用DB37 線連接端子板和SPT 硬件平臺(tái)，點(diǎn)檢工具下發(fā)端子板類型給SPT 硬件平臺(tái)，開始檢測(cè)外配電，保險(xiǎn)絲通斷需要手動(dòng)檢測(cè)和錄入。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖7。

圖7 端子板點(diǎn)檢流程Fig.7 Terminal board inspection process

1）支持半自動(dòng)化點(diǎn)檢測(cè)試端子板，并提供可視化的點(diǎn)檢報(bào)告和點(diǎn)檢步驟。

2）支持不同端子板的點(diǎn)檢檢測(cè)功能，本機(jī)實(shí)現(xiàn)的端子板具體的型號(hào)包括：

TAI9010：電流輸入（非配電）。

TAI9012：電流輸入（配電/混合）。

TAI9020：電流輸入（配電/混合）。

TDI9010：無源輸入（24V）。

TDO9010：有源輸出（24V）。

對(duì)應(yīng)的端子板檢驗(yàn)測(cè)試為：PTU9010。

3）支持與被測(cè)卡和檢驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)通信交互，支持與被測(cè)卡和檢驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)通信交互，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)端子板模塊與SPT 檢驗(yàn)平臺(tái)硬件配置的匹配性，觸發(fā)向輸出點(diǎn)檢測(cè)試數(shù)據(jù)，從檢驗(yàn)測(cè)試回讀檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

PTT 軟件根據(jù)對(duì)應(yīng)測(cè)試端子板與檢驗(yàn)測(cè)試的匹配性連接，該信息保存。

PTT 軟件選擇觸發(fā)點(diǎn)檢測(cè)試命令，根據(jù)模塊測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)送至PTU 模塊。

PTT 軟件選擇回讀點(diǎn)檢輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)模塊進(jìn)行點(diǎn)檢判斷。

4）主要數(shù)據(jù)說明

選擇檢測(cè)卡的數(shù)據(jù)來自SPT-900 系統(tǒng)上載的設(shè)備信息過濾后PTU 卡填充。

溫度及濕度根據(jù)選擇PTU 卡獲取。溫度和濕度存在一個(gè)正常測(cè)試區(qū)間，如果超出正常區(qū)間，需要手動(dòng)選擇正常區(qū)間的值下發(fā)下去（不是正常區(qū)間內(nèi)的值不讓下發(fā)）。

選擇模塊型號(hào)的值目前是硬編碼固定的值，初始顯示為空，選擇后初始化PTU 對(duì)應(yīng)型號(hào)信息。

外配電需要選擇好檢測(cè)卡和測(cè)試模塊之后獲取。進(jìn)入測(cè)試需要完成的前提：溫濕度下載，外配電檢查。查看按檢測(cè)卡和測(cè)試模塊信號(hào)組成文件名查詢，打開對(duì)應(yīng)文件。

檢測(cè)界面按自上而下的步驟測(cè)試，如果上面步驟未確認(rèn)完成，后續(xù)步驟不予執(zhí)行。

配電輸出檢測(cè)判斷，本程序提供結(jié)果選擇，實(shí)際由操作人員自行操作，程序提供展示窗口。

保險(xiǎn)絲通斷檢測(cè)：阻值提供大于10 或小于等于10 的選擇，判斷值提供PASS 或者FAIL 選擇。

本程序值提供檢測(cè)值的定時(shí)讀取顯示，結(jié)果判斷和操作都由操作人員自行操作。采樣值采用定時(shí)開始，定時(shí)結(jié)束，一次性采集結(jié)果展示。保險(xiǎn)絲恢復(fù)也由操作人員自行完成，本界面只提供結(jié)果選擇。

3.8 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

支持對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)邏輯程序回路的響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試，具體為：

1）檢驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)提供對(duì)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試的輸入信號(hào)，回讀輸出信號(hào)計(jì)算響應(yīng)時(shí)間。

2）測(cè)試回路包含端子板。

3）響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果用圖狀直觀表示。

4）每次測(cè)試一條回路，支持執(zhí)行多組測(cè)試（默認(rèn)100組），以及最大值、最小值、平均值的顯示。

5）所有被測(cè)卡件位于原平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。

本機(jī)支持單個(gè)回路的響應(yīng)時(shí)間，即單個(gè)輸入變量與輸出變量的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試。

軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖8、時(shí)序圖如圖9。

圖8 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試流程圖Fig.8 Response time test flow chart

圖9 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試時(shí)序圖Fig.9 Response time test sequence diagram

3.9 異常處理模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)卡件檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，軟件發(fā)出聲光報(bào)警：界面顯示對(duì)應(yīng)的異常信息，紅色顯示，同時(shí)通過揚(yáng)聲器發(fā)出聲音報(bào)警。此功能默認(rèn)狀態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，可由工程師設(shè)置是否開閉。

端子板點(diǎn)檢檢驗(yàn)、模塊點(diǎn)檢檢驗(yàn)、回路響應(yīng)時(shí)間檢測(cè)：檢測(cè)結(jié)果存在故障/FAIL 時(shí)，光點(diǎn)紅色，并觸發(fā)聲光報(bào)警。檢測(cè)結(jié)果通過時(shí)，光燈亮綠燈，不觸發(fā)聲音報(bào)警；不能使用時(shí)，光燈亮灰色，不觸發(fā)聲光報(bào)警。

4 結(jié)束語

點(diǎn)檢工具通過IO 點(diǎn)檢模塊的快速打點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間測(cè)試的自動(dòng)化測(cè)試，端子板點(diǎn)檢的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，以及保存功能將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成excel 表格，極大提高了點(diǎn)檢工作的效率，減輕了點(diǎn)檢人員的工作壓力，減少了人工操作記錄的出錯(cuò)率，有效地保障控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和點(diǎn)檢數(shù)據(jù)分析，切實(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)以及劣化發(fā)展的趨勢(shì)，進(jìn)而保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，是現(xiàn)代設(shè)備維護(hù)中一個(gè)應(yīng)用方向，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景[7]。目前，該點(diǎn)檢工具已在中控SIS 產(chǎn)品線進(jìn)行推廣和使用，比如2021年12月在淮安市某項(xiàng)目中實(shí)施點(diǎn)檢。