自動化設(shè)備工控機功能失效簡析

江春喜 董志恒 謝明理

[摘 ? ?要 ]在當前自動化智能化蓬勃發(fā)展的時代，工控機作為自動化設(shè)備的大腦部件，在承載人機交互、統(tǒng)籌控制方面起著不可替代的作用。以發(fā)動機工廠高精控制設(shè)備IPC為研究對象，對工控機的功能特點，常見失效模式及處理辦法進行簡單分析，以設(shè)備維保人員角度，為工控機軟件類的功能修復(fù)及日常維護提供部分參考和建議，以提高工控機運行穩(wěn)定性及使用壽命，進而提高自動化生產(chǎn)線運行效率，降低現(xiàn)場運營成本。

[關(guān)鍵詞]IPC;工程軟件;軟件修復(fù)

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]In the current era of vigorous development of automation and intelligence， industrial computers， as the brain components of automation equipment， play an irreplaceable role in carrying human-computer interaction and overall control. This article takes the high-precision control equipment IPC of the engine factory as the research object， and makes a simple analysis of the functional characteristics， common failure modes and handling methods of the industrial computer. From the perspective of equipment maintenance personnel， it provides part for the functional repair and daily maintenance of industrial computer software. References and suggestions to improve the operating stability and service life of the industrial computer， thereby improving the operating efficiency of the automated production line and reducing on-site operating costs.

[Keywords]IPC; engineering software; software repair

工控機一般指工業(yè)控制計算機，英文為Industrial Personal Computer，縮寫為IPC，是使用總線結(jié)構(gòu)和專屬功能板卡來分析處理工業(yè)設(shè)備各系統(tǒng)信息，進而對生產(chǎn)過程、機電設(shè)備、工藝系統(tǒng)等進行檢測和控制的電腦，其具有辦公電腦的普遍特征，與計算機有相同的主板、處理器、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)和接口，甚至有相同的操作系統(tǒng)和人機界面，但其定制化的特殊性、應(yīng)用設(shè)備的多樣性、使用環(huán)境的復(fù)雜性又決定了工控機與普通電腦在硬件上、功能上的差異化，在實際應(yīng)用場景中，兩者一般是不能相互替換的。

1 工控機與普通電腦的區(qū)別

工控機和普通電腦都是一種平臺運行程序的載體，但普通電腦更偏重于自動、高速地處理海量數(shù)據(jù)，偏重于使用者生活工作的便利化與靈活化，而工控機偏重于使用跨平臺的組態(tài)軟件進行不同設(shè)備系統(tǒng)的信息交換與統(tǒng)籌管理，偏重于自動化系統(tǒng)之間的控制、反饋與調(diào)整，是電腦針對工業(yè)生產(chǎn)進行的個性化升級與某一功能的再強化。普通電腦除了性能上的差異，不同廠家的電腦功能與硬件具有相似性，而工控機一般與自動化設(shè)備匹配，不同的設(shè)備使用的工控機差異性一般較大，其制造也一般是設(shè)備廠商與電腦廠家共同設(shè)計開發(fā)完成，具有不可隨意替換性。因此工控機與普通電腦具有硬件功能和失效模式方面的區(qū)別。

1.1 硬件與功能區(qū)別

普通電腦作為辦公及娛樂產(chǎn)品，其使用環(huán)境相對簡單單一，無特殊功能的設(shè)計要求，因此使用的硬件大致相似，只是針對不同人員的喜好要求，其外形和配置會有差異，但不離其個人使用的本質(zhì)。而工控機為適應(yīng)各類差異性的工業(yè)場合，其硬件一般具有以下特性。

（1）工控機需有較強的抗震動、抗沖擊能力。在工業(yè)設(shè)備加工中，受不同刀具、不同工藝參數(shù)的影響，設(shè)備主軸、大功率電機、各類機械件移動等產(chǎn)生的震動會通過各類硬性連接傳導(dǎo)至工控機，為降低抖動對工控機的影響，工控機大多采用鋁合金或其他金屬材料制成，集成化高，各類緩沖固定措施也較好。

（2）工控機需有很強的抗干擾能力。由于工業(yè)環(huán)境夾雜大量干擾噪聲，大功率、大電流、高頻轉(zhuǎn)換等元件也會相互作用，為保證工控機的穩(wěn)定運行，工控機要針對噪聲、信號等具備良好的屏蔽和抗干擾性。

（3）工控機具備更多類型和數(shù)量的工業(yè)接口。由于工控機必須與不同的工業(yè)設(shè)備相連，其必須留有相應(yīng)的串口、并口、高速總線、Profibus等不同信息的通道，保證不同硬件之間的連接，進而實現(xiàn)不同的控制功能?？蓞⒄展P者所在工廠某一精磨曲軸軸徑設(shè)備工控機連接拓撲圖，如圖1所示。

1.2 故障模式區(qū)別

普通電腦故障偏重于解決硬件故障，如主板、屏幕、硬盤、內(nèi)存條等異常問題，主要是指一般意義的故障處理，需要專業(yè)人士介入的故障修復(fù)。正常情況下，普通電腦的卡滯、軟件崩潰、操作系統(tǒng)異常等，僅需要操作層面的殺毒清理、卸載重裝或系統(tǒng)恢復(fù)即可，對電腦的正常功能不會產(chǎn)生較大的影響。

工控機的故障偏重于解決軟件相關(guān)故障，如軟件卡死、配置丟失、通信斷開、控制失效等問題，主要是指導(dǎo)致設(shè)備停止自動運行或無法正常開啟的工控機故障。正常情況下，由于工控機的硬件特性以及運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，工控機不易出現(xiàn)硬件問題，一旦出現(xiàn)，鑒于維保人員能力問題，一般操作是整體更換工控機。但處理工控機內(nèi)安裝的各類軟件類異常故障，不能像處理普通電腦那樣卸載重裝軟件，首先由于設(shè)備供應(yīng)商隱私設(shè)置或技術(shù)保密方面問題，供應(yīng)商一般不提供工業(yè)軟件的安裝文件，即使有提供且可以安裝，也需要考慮軟件各種參數(shù)、端口、指針、配置方面的設(shè)置，工作量也比較大，而且需要慎重進行還原系統(tǒng)操作，若還原的鏡像文件是幾個月前的，在這幾個月期間由于加工的不斷進行，加工參數(shù)或支持文件實時變化，貿(mào)然進行還原操作可能需要花大量的時間進行調(diào)整測試。

2 工控機失效模式與原因

本文討論工控機問題主要基于現(xiàn)場常見的軟件類故障及功能失效展開，以筆者維修現(xiàn)場工控機異常經(jīng)驗，工控機失效模式主要分為以下幾種。

2.1 軟件數(shù)據(jù)源問題

問題主要指工控軟件未及時收到其要處理數(shù)據(jù)信息，如圖2所示，某設(shè)備主要軟件系統(tǒng)所示，設(shè)備主要運行JUPRO管理軟件，其他軟件系統(tǒng)通過Profibus、Profinet或串口線將設(shè)備其他系統(tǒng)信息傳至管理軟件，若出現(xiàn)外部硬件損壞、信號干擾或調(diào)用文件丟失，則會產(chǎn)生軟件功能故障，設(shè)備無法開啟。

2.2 軟件本身問題

問題主要指軟件卡頓，占用CPU負荷高，或軟件界面顯示異常，操作指令無響應(yīng)等。此類問題一般受軟件本身設(shè)置或軟件配置影響，軟件設(shè)置出錯、通信卡滯、冗余文件或臨時文件生成過多，軟件所需的文件丟失或必須系統(tǒng)項目啟動異常等會產(chǎn)生該類問題。

2.3 軟件輸出響應(yīng)問題

問題主要指軟件無結(jié)果輸出或信號輸出異常，主要受后續(xù)軟硬件連接、軟件設(shè)置、操作異常及輸入源信號異常影響。如筆者先前遇到一個無法正常輸出結(jié)果文件的案例，原因為設(shè)置中對軟件輸出上限及軟件輸出字符代碼進行了限制，設(shè)備經(jīng)過五年的運行已超過設(shè)置值及限制導(dǎo)致軟件功能失效。

由于生產(chǎn)線工控機工控軟件的復(fù)雜性、接口的多樣性、現(xiàn)場環(huán)境、操作者的習(xí)慣等有不同，工控軟件亦會產(chǎn)生一些無原因的失效。當設(shè)備異常開關(guān)機、設(shè)備長久停機、不合理地使用U盤等外部設(shè)備時，對工控軟件的穩(wěn)定運行也會產(chǎn)生一定的影響。

3 工控機失效一般的解決方法

針對工控機軟件報警或功能失效，生產(chǎn)現(xiàn)場為避免大量生產(chǎn)損失易采用由簡至繁的處理措施，主要思路是先排查硬件，再檢查軟件，先檢查設(shè)置再檢查文件，先還原支持目錄再還原鏡像文件。

（1）檢查報警相關(guān)的外部硬件，包括連接線纜、處理單元、相關(guān)傳感器、檢測儀器等，存在異常則修復(fù)。

（2）根據(jù)異常信息判斷軟件系統(tǒng)問題點，圖2是該精密設(shè)備軟件系統(tǒng)軟件對應(yīng)支持目錄，判斷是JUPRO、JUWOP/U、DITTEL還是MARPOSS系統(tǒng)的問題，還原相關(guān)軟件的參數(shù)備份和軟件設(shè)置。

（3）如圖3所示，找到問題軟件對應(yīng)的支持目錄，使用以往的備份文件或文件夾覆蓋目錄文件，同時重啟軟件和系統(tǒng)刷新對文件的調(diào)用。

（4）還原軟件所在盤符的鏡像或整機鏡像，并進行部分參數(shù)的重寫與恢復(fù)。操作過程中若無先前的文件備份，可拷貝同類型設(shè)備上文件進行使用，且在軟件重新啟用前，注意工藝參數(shù)是否有變更、加工程序是否有變化、軟件設(shè)置是否正確等問題。

4 工控機日常維護

工控機的備件成本是普通電腦的數(shù)倍以上，保證工控機長期處于較穩(wěn)定的工作狀態(tài)，進而延長其使用期限，可以有效降低生產(chǎn)線損失和成本消耗，因此工控機的日常硬件及軟件維護必不可少。工控機的硬件維護主要包括工控機風(fēng)扇的定期清理、工控機箱風(fēng)口日常清潔、油污、塵埃密封防護、各種線纜連接狀況、各種接地的檢查等，也包括規(guī)范化的開關(guān)機、U盤等設(shè)備使用操作等。工控機的軟件維護主要包括工程軟件的正當操作，工程軟件的周期性參數(shù)備份，軟件配置文件、支持性文件的備份存檔等，也包括工控系統(tǒng)定期的垃圾清理與鏡像備份等，很多操作與普通電腦的優(yōu)化性操作一致。

5 結(jié)束語

當前各類企業(yè)的自動化程度不斷提高，設(shè)備代替人工操作，機器智能取代人工分析，各行各業(yè)都在享受著自動化、智能化帶來的福利。工控機作為自動化設(shè)備主控單元，是連接設(shè)備數(shù)控伺服系統(tǒng)、測量分析系統(tǒng)、各輔助加工系統(tǒng)的橋梁與大腦，是未來工廠智能化進程的一大助力，也是設(shè)備管理人員需重點關(guān)注的部件之一。筆者以處理發(fā)動機工廠某精加工設(shè)備IPC經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過對比與普通電腦區(qū)別，分析工業(yè)電腦特殊的失效模式與原因，提出應(yīng)對工控機功能失效的方法與日常維護方式，期望給自動化生產(chǎn)線工控機方面的問題解決提供部分思路與啟發(fā)。

參考文獻

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