王紅彥  

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司自動(dòng)化部）

摘要：本文主要描述PLC維護(hù)人員通過(guò)編程讀取CPU和網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)信息，使用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和路由器技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)通訊，搭建邯鋼西區(qū)鐵前區(qū)域PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷監(jiān)控平臺(tái)，提高了PLC控制系統(tǒng)的可靠性和故障處理的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：PLC；網(wǎng)絡(luò)故障；診斷

1  前言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)制造企業(yè)廣泛應(yīng)用并發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)企業(yè)生產(chǎn)制造的有力競(jìng)爭(zhēng)尤為重要，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化復(fù)雜程度的提高，設(shè)備系統(tǒng)故障率也在增加?？刂葡到y(tǒng)故障對(duì)生產(chǎn)影響的程度更是大幅度上升。從目前統(tǒng)計(jì)的情況來(lái)看，設(shè)備系統(tǒng)故障停機(jī)的時(shí)間80%以上用于故障診斷，而實(shí)際維修只占用不到20%的時(shí)間。設(shè)備越復(fù)雜，問(wèn)題越嚴(yán)重。為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，提高設(shè)備的利用率，除了不斷提高系統(tǒng)的可靠性外，對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行集中監(jiān)視，及時(shí)報(bào)警提示，越來(lái)越受到重視。在故障發(fā)生時(shí)能準(zhǔn)確迅速地進(jìn)行診斷，以便及時(shí)排除故障。因此，形式多樣的診斷方法和裝置相繼出現(xiàn)并得到了發(fā)展。

邯鋼西區(qū)自2007年陸續(xù)投產(chǎn)后，控制系統(tǒng)的硬件故障率進(jìn)入高發(fā)期。通過(guò)分析控制系統(tǒng)的故障，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障和CPU故障這兩類故障發(fā)生率低，但是一旦發(fā)生對(duì)生產(chǎn)影響很大甚至?xí)斐烧麠l產(chǎn)線停產(chǎn)，而且恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。通過(guò)近兩年來(lái)的對(duì)PLC故障統(tǒng)計(jì)來(lái)看，控制系統(tǒng)硬件故障只能事后發(fā)現(xiàn)，而且只能依靠排除法或故障狀態(tài)燈等進(jìn)行分析判斷，故障處理時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響非常嚴(yán)重。

我們立足于企業(yè)自身，學(xué)習(xí)行業(yè)先進(jìn)企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合邯鋼生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，致力于搭建一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)視預(yù)警平臺(tái)，助力企業(yè)穩(wěn)定綠色生產(chǎn)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。此項(xiàng)目中，不用增加任何硬件，直接以PLC系統(tǒng)故障診斷程序?yàn)楹诵拈_(kāi)發(fā)故障診斷軟件平臺(tái)，極大提高了對(duì)PLC控制系統(tǒng)設(shè)備信息的可視性和故障判斷的準(zhǔn)確性，加快故障處理響應(yīng)速度，大大降低故障處理時(shí)間，為邯鋼的生產(chǎn)順行提供了可靠保證。

2  技術(shù)方案

邯鋼西區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)專用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)路由器連接現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制網(wǎng)絡(luò)，采集現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)的各種能源計(jì)量數(shù)據(jù)，傳送給能源網(wǎng)服務(wù)器（3臺(tái)）。我們利用能源網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接到現(xiàn)場(chǎng)的便利條件，將值班室監(jiān)控站連接到能源網(wǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)值班室到現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。在PLC作業(yè)區(qū)值班室，設(shè)置2臺(tái)集中監(jiān)控站，一臺(tái)監(jiān)控站負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控程序。該監(jiān)控站上安裝西門子PLC編程軟件STEP75.5、AB PLC編程軟件LOGIX5000、施奈德PLC編程軟件Unity Pro等相關(guān)軟件，通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)對(duì)邯鋼西區(qū)鐵前區(qū)域PLC系統(tǒng)程序遠(yuǎn)程在線集中監(jiān)控，判斷故障原因，協(xié)助電氣、儀表人員處理故障。另一臺(tái)監(jiān)控站負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)的硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)通過(guò)編程讀取CPU狀態(tài)指令和網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)信息，形成PLC故障狀態(tài)字，并將其通訊到能源網(wǎng)。在能源網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)中編輯PLC硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)畫面，在值班室這臺(tái)監(jiān)控站安裝能源網(wǎng)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)的CPU狀態(tài)和DP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接示意圖如圖1所示：

3  實(shí)施措施

3.1  能源網(wǎng)絡(luò)實(shí)施

目前邯鋼西區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大部分敷設(shè)到西區(qū)鐵前PLC系統(tǒng)崗位，值班室位于1#高爐TRT崗位4樓，重新敷設(shè)2根20米的雙絞線連接到3樓的能源網(wǎng)機(jī)柜交換機(jī)，使得值班室的2臺(tái)監(jiān)控站連入能源網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)路由器連接各個(gè)崗位PLC系統(tǒng)。邯鋼西區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示： 

圖2.邯鋼西區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)圖

3.2  現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)實(shí)施

通過(guò)研讀各類PLC系統(tǒng)的編程指令，了解相關(guān)CPU狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指令讀取信息。然后搭建PLC試驗(yàn)平臺(tái)，編輯試驗(yàn)程序，制造各種故障狀態(tài)，測(cè)試相應(yīng)的故障診斷信息程序的正確性。在獲取測(cè)試程序各種故障測(cè)試正常后，在現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)系統(tǒng)中編制故障診斷程序，提取CPU模板和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，形成故障狀態(tài)字，通訊給能源網(wǎng)服務(wù)器。

3.3  能源網(wǎng)服務(wù)器實(shí)施

在能源網(wǎng)服務(wù)器中使用RSView Supervisory Edition5.0軟件編制PLC硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面，讓值班室監(jiān)控站2的客戶端調(diào)用。在圖形編輯界面中編輯各個(gè)PLC系統(tǒng)硬件配置狀態(tài)，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)字中的每一位，顯示每個(gè)設(shè)備狀態(tài)的正常與故障，“綠色”代表正常，“紅色”代表故障。在報(bào)警編輯界面中通過(guò)設(shè)備狀態(tài)字提取報(bào)警信息，記錄設(shè)備故障出現(xiàn)的報(bào)警時(shí)間、解除報(bào)警時(shí)間，為故障分析提供依據(jù)。對(duì)于重要的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)編輯趨勢(shì)記錄做為故障記錄分析。

3.4  值班室監(jiān)控站實(shí)施

在PLC作業(yè)區(qū)值班室，設(shè)置2臺(tái)集中監(jiān)控站。每臺(tái)監(jiān)控站上安裝2個(gè)以太網(wǎng)卡，一個(gè)以太網(wǎng)卡設(shè)置能源網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)段IP地址，連接能源網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC程序進(jìn)行進(jìn)行遠(yuǎn)程在線診斷；另一個(gè)網(wǎng)卡連接設(shè)置OA辦公網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)段IP地址，連接OA辦公網(wǎng)絡(luò)，安裝殺毒軟件，實(shí)時(shí)更新病毒庫(kù)，進(jìn)行防病毒保護(hù)。

監(jiān)控站1上安裝西門子PLC編程軟件STEP75.5、AB 公司PLC編程軟件LOGIX5000、施奈德公司PLC編程軟件Unity Pro等相關(guān)軟件，設(shè)置路由通訊參數(shù)和各種PLC編程軟件相關(guān)的通訊參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)PLC系統(tǒng)通訊連接，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)程序遠(yuǎn)程在線集中監(jiān)控。西門子PLC系統(tǒng)在線監(jiān)控圖例如圖3所示：

圖3.西門子PLC系統(tǒng)在線監(jiān)控圖例

監(jiān)控站2上安裝安裝能源網(wǎng)客戶端軟件，通過(guò)能源網(wǎng)服務(wù)器讀取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)PLC系統(tǒng)的故障診斷字，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)的CPU狀態(tài)和DP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。燒結(jié)1期電控PLC系統(tǒng)硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)如圖4所示：

圖4. 燒結(jié)1期電控PLC系統(tǒng)硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)

4  應(yīng)用效果

該項(xiàng)目自2017年3月份在邯鋼西區(qū)鐵前PLC系統(tǒng)各崗位逐步實(shí)現(xiàn)以來(lái)，9個(gè)月來(lái)利用監(jiān)控站1通過(guò)PLC遠(yuǎn)程診斷處理故障次數(shù)300余次，平均每次故障處理節(jié)約時(shí)間20分鐘，全年節(jié)約故障處理時(shí)間約133小時(shí)，大大提高了故障處理響應(yīng)速度，降低維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

利用監(jiān)控站2通過(guò)能源網(wǎng)客戶端PLC系統(tǒng)的硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)成功發(fā)現(xiàn)燒結(jié)2期電控PLC系統(tǒng)Profibus冗余網(wǎng)絡(luò)故障，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn) CPU站光耦模塊故障，從而避免了燒結(jié)2期停機(jī)故障。通過(guò)能源網(wǎng)客戶端還多次發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PLC電池故障，使維護(hù)人員及時(shí)更換CPU電池，避免了PLC由于電池故障導(dǎo)致程序丟失的嚴(yán)重后果。

5  結(jié)論

本項(xiàng)目完成后能夠?qū)摰蔫F前區(qū)域PLC控制系統(tǒng)設(shè)備，進(jìn)行全面監(jiān)控，穩(wěn)定控制過(guò)程，減少故障率，同時(shí)對(duì)鋼鐵企業(yè)的其他工藝過(guò)程有借鑒作用。結(jié)合控制工藝流程，能夠提升產(chǎn)線的全流程智能診斷，符合鋼鐵產(chǎn)業(yè)兩化融合的主題，對(duì)鋼鐵企業(yè)的智能制造，有進(jìn)一步的提升作用。