故障診斷算法的應(yīng)用

高亞東 周林

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

關(guān)鍵詞：停機(jī);周期;時(shí)間順序;故障信號(hào);聯(lián)鎖

中圖分類號(hào)：TP182 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(gè)甚至十幾個(gè)設(shè)備組成，每個(gè)設(shè)備有幾個(gè)聯(lián)鎖信號(hào);如某個(gè)信號(hào)發(fā)生閃斷，可能造成整條生產(chǎn)線停機(jī)，有的還可能對(duì)其他生產(chǎn)線造成影響;信號(hào)的閃斷時(shí)間一般為毫秒級(jí)的，組態(tài)軟件采集周期為秒級(jí)的，很難采集到故障信息;而閃斷信號(hào)恢復(fù)正常后可正常啟動(dòng)，很難找到故障點(diǎn)。如這種問題經(jīng)常發(fā)生會(huì)給正常的生產(chǎn)造成很大影響，甚至嚴(yán)重影響生產(chǎn)指標(biāo)的穩(wěn)定。

一般的故障診斷方法為點(diǎn)檢人員巡回檢查，發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備異常，這種方法受個(gè)人技術(shù)水平影響大，耗費(fèi)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(hào)故障;現(xiàn)在還沒有對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線所有設(shè)備作為一個(gè)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(shí)時(shí)采集設(shè)備信號(hào)，將信號(hào)動(dòng)作時(shí)間鎖存，時(shí)間以“時(shí)-分-秒-周期”格式存儲(chǔ)。信號(hào)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(jī)導(dǎo)致的本設(shè)備連鎖停機(jī)和工控畫面正常操作停機(jī)導(dǎo)致的信號(hào)動(dòng)作，只記錄由于故障導(dǎo)致的信號(hào)動(dòng)作，通過取出的信號(hào)動(dòng)作時(shí)間先后順序判斷由于哪個(gè)信號(hào)導(dǎo)致的停機(jī)事故，信號(hào)的清除可以是手動(dòng)清除也可以是到本班結(jié)束時(shí)清除，如不清除信號(hào)再次來不更新;二是只要設(shè)備信號(hào)動(dòng)作就將動(dòng)作時(shí)間記錄下來，新的代替舊的;三是設(shè)備信號(hào)動(dòng)作時(shí)間記錄后十分鐘內(nèi)（可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定）再次動(dòng)作不更新，十分鐘后再次動(dòng)作用新的信號(hào)動(dòng)作時(shí)間代替舊的。

2 技術(shù)方案

如一個(gè)信號(hào)故障引起設(shè)備停機(jī)，則這個(gè)設(shè)備的其他信號(hào)如接觸器、抱閘接觸器吸合，變頻器運(yùn)行等信號(hào)連鎖動(dòng)作，而這些信號(hào)動(dòng)作時(shí)間間隔在1秒以內(nèi)，所以如果將動(dòng)作時(shí)間精確到秒，不能分出動(dòng)作的先后順序，所以必須將時(shí)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(gè)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(gè)階段。在刷新輸入映像區(qū)時(shí)采集到的故障信號(hào)，在程序執(zhí)行階段引起輸出的動(dòng)作，而在刷新輸出影像區(qū)時(shí)引起的如變頻器，接觸器等外部控制設(shè)備的動(dòng)作，動(dòng)作的反饋信號(hào)必定在下一個(gè)或下幾個(gè)掃描周期后才能被采集，將時(shí)間精確到掃描周期必定能分出信號(hào)發(fā)生的先后順序，從而判斷設(shè)備停機(jī)的故障原因。

以每個(gè)設(shè)備為獨(dú)立單元，將這個(gè)設(shè)備所有信號(hào)采集，信號(hào)動(dòng)作時(shí)將時(shí)間記錄下來，精確到掃描周期，通過比較動(dòng)作時(shí)間順序，可快速確定停機(jī)原因，縮短故障處理時(shí)間。有時(shí)雖未發(fā)生停機(jī)事故，而發(fā)現(xiàn)程序采集到了故障信號(hào)，則這個(gè)信號(hào)的閃斷時(shí)間極短，未造成停機(jī)，這種情況在啟保停控制設(shè)備中時(shí)有發(fā)生;針對(duì)這種情況可以在停機(jī)時(shí)處理避免設(shè)備事故。

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

搭建邏輯屏蔽由于其他設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致本設(shè)備連鎖停機(jī)而引發(fā)的連鎖信號(hào)動(dòng)作和正常操作停機(jī)引發(fā)的本設(shè)備信號(hào)動(dòng)作通過如下方法實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)時(shí)首先時(shí)判斷：（1）由于其他設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致的本設(shè)備連鎖動(dòng)作停機(jī);（2）操作人員正常操作停機(jī)導(dǎo)致本設(shè)備信號(hào)動(dòng)作;（3）由于本設(shè)備有問題導(dǎo)致信號(hào)動(dòng)作。

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

3實(shí)例分析

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

上圖1為設(shè)備Z11故障停機(jī)時(shí)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(jī)信號(hào)不再檢測。Z11為傳送皮帶，其聯(lián)鎖信號(hào)由Z11KA1：遠(yuǎn)程信號(hào)，Z11KM：接觸器吸合信號(hào)，Z11KMB：抱閘接觸器吸合信號(hào)，LATP：拉繩信號(hào)，Z11RQBT：軟起動(dòng)器備妥信號(hào)，Z11RQGZ：軟起動(dòng)器故障信號(hào)，Z11K：Z11設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)（為PLC軟點(diǎn)），NEXT：Z11皮帶下游設(shè)備運(yùn)行信號(hào)，Z11K0：Z11啟動(dòng)繼電器吸合信號(hào);V_Work、Z11Lxk、V_Quit、V_STX為系統(tǒng)停機(jī)信號(hào)。從截圖信號(hào)動(dòng)作時(shí)間順序分析，接觸器吸合信號(hào)QKM、軟啟動(dòng)點(diǎn)QK釋放時(shí)間為02：55：13：005（凌晨兩點(diǎn)五十五分十三秒第5個(gè)掃描周期），兩個(gè)掃描周期后02：55：13：007繼電器觸點(diǎn)QJDQ1、抱閘觸點(diǎn)QKMB動(dòng)作;由此分析為Z11接觸器輔助觸點(diǎn)故障導(dǎo)致的停機(jī)，輸入JDQ2接的為啟動(dòng)繼電器反點(diǎn)，記錄繼電器吸合時(shí)間，02：55：38：002 QJDQ2、RQBT信號(hào)動(dòng)作，說明在設(shè)備停機(jī)15秒2個(gè)周期后設(shè)備再次啟動(dòng)。此圖是在03：07：42：010抓取的，即停機(jī)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(hù)人員溝通和到主控室路上時(shí)間。

某一設(shè)備停機(jī)后已經(jīng)啟動(dòng)，維護(hù)人員還沒來得及調(diào)出程序再次發(fā)生故障停機(jī)，如沒有將原來信號(hào)動(dòng)作時(shí)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(hào)動(dòng)作就用新的動(dòng)作時(shí)間代替舊的，如果設(shè)備停機(jī)后，其聯(lián)鎖信號(hào)再動(dòng)作則不記錄，只記錄停機(jī)過程中設(shè)備信號(hào)的聯(lián)鎖動(dòng)作，防止停機(jī)后有其它操作導(dǎo)致信號(hào)不統(tǒng)一，給問題分析制造障礙。圖2為皮帶機(jī)S5故障停機(jī)時(shí)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(hào)松動(dòng)，2個(gè)周期后22：15：13：008啟動(dòng)繼電器S5K0釋放，接觸器KM在同一個(gè)周期釋放。如為現(xiàn)場拉繩開關(guān)動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致S5控制回路斷電，則拉繩LATP、接觸器KM、遠(yuǎn)程KA1、輸出軟點(diǎn)K同時(shí)動(dòng)作，本次事故遠(yuǎn)程信號(hào)沒動(dòng)作，拉繩信號(hào)動(dòng)作比接觸器、啟動(dòng)繼電器早兩個(gè)周期，依此判斷為拉繩接入PLC信號(hào)松動(dòng)導(dǎo)致的停機(jī)。

上圖3為檢測系統(tǒng)操作信號(hào)和外系統(tǒng)信號(hào)動(dòng)作時(shí)間截圖，K104皮帶機(jī)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(hào)K104Quit觸發(fā)本系統(tǒng)上游設(shè)備停機(jī)，22：15：33：006 K104皮帶運(yùn)行（K104Run），也就是說K104皮帶在停機(jī)2分30秒后啟動(dòng)，本系統(tǒng)上游設(shè)備可啟動(dòng)。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(jī)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(diǎn)，縮短了故障排除時(shí)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。