一種安全自動(dòng)裝置的集群式高溫老化異常監(jiān)視方法

張 云，馬霄騰，曾亞恒

（南京國電南自自動(dòng)化有限公司研發(fā)中心，南京 210007）

隨著電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的產(chǎn)量越來越大，大批量裝置生產(chǎn)過程中的質(zhì)量保證和生產(chǎn)過程效率優(yōu)化環(huán)節(jié)被提到更重要的位置。裝置從生產(chǎn)線上下來后，由于剛剛生產(chǎn)和生產(chǎn)過程本身的原因，可能會(huì)出現(xiàn)少量漏焊、虛焊、松動(dòng)和器件損毀等硬件缺陷，另外在軟件和配置文件下載灌裝過程中，有可能出現(xiàn)版本不一致，配置錯(cuò)誤等軟件缺陷。需要及早在出廠前暴露，并且硬件器件性能也需要運(yùn)行一段時(shí)間來穩(wěn)定。

因此需要在生產(chǎn)制造流程中增加一道72 h裝置高溫老化的工序，將裝置放在高溫老化車間中帶電運(yùn)行72 h，盡快暴露軟硬件隱患和缺陷，作為其中加速裝置硬件具有一致性和穩(wěn)定性，提前暴露裝置軟硬件缺陷，是保證裝置長期可靠運(yùn)行的不可或缺的重要一環(huán)。

對大批量裝置生產(chǎn)高溫老化后的異常結(jié)果進(jìn)行快速分析和定位，是很有價(jià)值的工作。目前每臺裝置高溫老化后的異常分析和判定工作，都是通過人工檢查來進(jìn)行，不僅效率低，而且對工人技術(shù)要求極高，并且準(zhǔn)確度不高。隨著裝置類型和數(shù)量的大幅增加，導(dǎo)致該流程時(shí)間成本和人工成本更加高昂，需要立即優(yōu)化和提升。

針對該生產(chǎn)需求，提出了一種針對安全自動(dòng)裝置的集群式高溫老化異常監(jiān)視方法，并相應(yīng)開發(fā)了1套針對大批量裝置高溫老化異常的監(jiān)視軟件，用來進(jìn)行異?，F(xiàn)象監(jiān)視。

1 集群式高溫老化監(jiān)視結(jié)構(gòu)

集群式裝置高溫老化監(jiān)視層級結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了實(shí)現(xiàn)同時(shí)批量監(jiān)視裝置高溫老化異常，建立了2層結(jié)構(gòu)，每輛通電車包括20臺裝置，通過1臺交換機(jī)進(jìn)行級聯(lián)，然后10輛通電車的交換機(jī)再級聯(lián)到集群式高溫老化監(jiān)視軟件所在的交換機(jī)。

圖1 集群式裝置高溫老化監(jiān)視層級結(jié)構(gòu)

為了簡化管理和配置，每輛通電車的所有裝置都是同類型裝置。高溫老化軟件通過2級對裝置高溫老化進(jìn)行異常監(jiān)視管理。

2 裝置集群式高溫老化異常監(jiān)視主要流程

集群式裝置老化異常監(jiān)視的主要流程如圖2所示。流程的絕大部分步驟都由以前的人工操作改成由專門開發(fā)的集群式高溫老化監(jiān)視軟件來替代。步驟的詳細(xì)細(xì)節(jié)在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行說明。

圖2 集群式裝置老化異常監(jiān)視流程

3 集群式老化異常監(jiān)視詳細(xì)方案

本方法和軟件實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)方案如下。

3.1 集群式老化分層組合

由于生產(chǎn)裝置很多，需要提高高溫老化效率，可以批量進(jìn)行高溫老化。高溫老化異常監(jiān)視軟件提供集群式批量分層老化異常監(jiān)視功能。老化監(jiān)視軟件同時(shí)最多管理10輛通電車，將每輛通電車作為1個(gè)通電管理和異常監(jiān)視單元，每輛通電車單元最多管理20輛同類型裝置。

每輛通電車單元提供以下幾種主要功能。

“啟用”：該輛通電車納入了通電老化異常監(jiān)視管理。

“禁用”：該輛通電車退出了通電老化異常監(jiān)視管理。

“開始通電”：該輛通電車開始啟動(dòng)一輪通電老化。

“結(jié)束通電”：該輛通電車結(jié)束當(dāng)前通電老化。

“通信檢查”：對該輛通電車的所有裝置進(jìn)行裝置通電老化前和監(jiān)視軟件的通信完好性檢查。

“異常關(guān)鍵字設(shè)置”：對該輛通電車所有同類型裝置進(jìn)行裝置通電老化前的日志異常記錄關(guān)鍵字選擇和設(shè)置。

“異常記錄分析”：通電過程中，輪詢監(jiān)測并上傳保存的裝置通電日志異常記錄供查閱。

3.2 高溫老化前的通信穩(wěn)定性檢查和日志異常關(guān)鍵字設(shè)置

3.2.1 通信穩(wěn)定性檢查

在裝置高溫老化前，老化監(jiān)視軟件以每臺通電車為單位和該通電車的每臺老化裝置之間進(jìn)行通信穩(wěn)定性檢查，通過巡檢報(bào)文的正常應(yīng)答，確認(rèn)通信正常，防止通信連接不正常，導(dǎo)致高溫老化時(shí)無法進(jìn)行日志異常記錄輪詢。

3.2.2 日志異常關(guān)鍵字設(shè)置

在裝置高溫老化前，老化監(jiān)視軟件預(yù)先匹配設(shè)置的日志異常關(guān)鍵字，來檢索裝置日志記錄中是否存在異常日志記錄。

為了既有操作簡便性，又有適應(yīng)未來的靈活性，裝置老化監(jiān)視軟件內(nèi)置了不同平臺類型的日志異常記錄關(guān)鍵字表供匹配選擇。但同時(shí)為了適應(yīng)將來新裝置平臺和裝置類型，裝置老化監(jiān)視軟件提供可編輯調(diào)整日志異常記錄關(guān)鍵字表功能。

典型的日志異常記錄關(guān)鍵字，如上電，復(fù)位，CRC（循環(huán)冗余校核）不一致，閉鎖，看門狗，通信中斷等。

當(dāng)確認(rèn)通信完好并且設(shè)置日志異常關(guān)鍵字后，就可以進(jìn)行72 h高溫老化。

3.3 啟動(dòng)高溫老化

當(dāng)通電車進(jìn)入高溫車間，老化監(jiān)視軟件點(diǎn)擊該通電車單元的“開始通電”按鈕，則開始72 h高溫老化過程。同時(shí)通電車上所有裝置的通電老化開始時(shí)間就是按下該按鈕的時(shí)間。裝置記錄下該時(shí)間，作為后續(xù)分析該裝置高溫老化時(shí)的異常日志記錄的開始時(shí)刻。

當(dāng)通電車準(zhǔn)備退出通電老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，老化監(jiān)視軟件點(diǎn)擊該通電車單元的“結(jié)束通電”按鈕，則結(jié)束通電車單元此輪高溫老化過程。通電車上所有裝置的通電老化結(jié)束時(shí)間就是按下該按鈕的時(shí)間。裝置記錄下該時(shí)間，作為后續(xù)分析該裝置的異常日志記錄的截止時(shí)刻。

注意：高溫老化異常監(jiān)視是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，以每輛通電車為單位，可單獨(dú)進(jìn)行高溫老化投退，而不是集齊所有通電車的所有裝置才進(jìn)行高溫老化，這樣適應(yīng)制造中心流水線的流程。

3.4 高溫老化軟件周期性輪詢裝置日志記錄

3.4.1 運(yùn)行狀態(tài)日志記錄方法和格式

裝置高溫老化過程中，運(yùn)行軟件內(nèi)置運(yùn)行狀態(tài)日志記錄功能，用于運(yùn)行狀態(tài)記錄便于進(jìn)行后續(xù)問題分析。示例見表1。

表1 日志記錄格式示例

（1）日志結(jié)構(gòu)：日志所有內(nèi)容按文本格式記錄。

日志每條信息分行記錄，以換行符“ ”結(jié)束。

最大日志條目數(shù)有限。

日志結(jié)構(gòu)分為2個(gè)區(qū)域：日志頭部區(qū)域和日志具體條目區(qū)域。

（2）日志頭部區(qū)域記錄如下信息：日志格式版本，日志總條目數(shù)，日志當(dāng)前有效條目數(shù)，最新日志寫入位置。

（3）每條日志條目記錄如下信息：記錄時(shí)間，記錄詳細(xì)信息。

（4）日志順序循環(huán)覆蓋。最新日志覆蓋最舊的日志。

3.4.2 周期輪詢和分析日志異常記錄

在72 h高溫老化過程中，老化監(jiān)視軟件每隔2 h輪詢，按通電車單元→裝置的層級調(diào)閱每臺裝置的日志記錄并進(jìn)行詳細(xì)分析。日志輪詢和異常分析流程如圖3所示。

圖3 日志記錄輪詢和異常分析詳細(xì)流程

3.4.3 老化異常日志記錄詳細(xì)信息顯示

老化監(jiān)視軟件的告警界面上裝置分板卡列表詳細(xì)顯示本裝置老化期間檢測到的所有異常日志記錄，并按事件先后次序排列。

3.5 老化異常信息上傳數(shù)據(jù)庫

為了便于對裝置高溫老化發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象與該裝置生產(chǎn)環(huán)節(jié)的其他信息建立關(guān)聯(lián)，進(jìn)行后續(xù)跟蹤和異常現(xiàn)象綜合分析。裝置高溫老化監(jiān)視軟件掃描裝置序列號，將裝置序列號和高溫老化異常日志記錄信息自動(dòng)上傳到MES系統(tǒng)（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)庫。

裝置高溫老化異常記錄上傳和建立關(guān)聯(lián)方法如下。

（1）在MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫上建立新的老化異常信息表。

信息表主要條目：裝置序列號，異常板卡來源，記錄時(shí)間，異常關(guān)鍵字，記錄詳細(xì)信息。

（2）用序列號掃描槍掃描裝置序列號。

（3）高溫老化監(jiān)視軟件網(wǎng)絡(luò)連接MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

（4）上傳裝置序列號和老化異常記錄信息數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。

（5）MES系統(tǒng)通過裝置序列號來關(guān)聯(lián)裝置生產(chǎn)過程中的其他信息。

3.6 對裝置老化異常原因進(jìn)行離線深度分析

當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝置高溫老化過程中出現(xiàn)異常日志記錄后，需要對裝置高溫老化異常原因進(jìn)行離線深度分析，便于改進(jìn)。方法如下。

（1）生產(chǎn)制造專業(yè)技術(shù)人員分析裝置高溫老化出現(xiàn)的異常記錄現(xiàn)象與MES系統(tǒng)中記錄的該裝置生產(chǎn)制造其他環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是否有相關(guān)性和一致性，比如單板測試環(huán)節(jié)，裝置聯(lián)調(diào)環(huán)節(jié)。

若有相類似的現(xiàn)象，則分析這些現(xiàn)象是否為同一原因產(chǎn)生的。

（2）在MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計(jì)分析同類裝置中出現(xiàn)類似老化異常記錄的概率分布情況。

分析該異常記錄現(xiàn)象是偶發(fā)性還是大面積異?，F(xiàn)象。

若是出現(xiàn)大面積異?，F(xiàn)象，則要徹底搞清原因，不然會(huì)出現(xiàn)批次質(zhì)量問題。

（3）結(jié)合異常日志記錄和后續(xù)聯(lián)調(diào)測試記錄，由專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)分析，必要時(shí)，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和測試。比如硬件系列分析與測試：金相分析，掃描電子顯微鏡及能譜分析，X射線無損分析，熱變形測試，振動(dòng)測試等。比如軟件系列分析與測試：缺陷復(fù)現(xiàn)，外部壓力測試，邏輯分析等。

最終分析清楚哪個(gè)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的原因：硬件設(shè)計(jì)、硬件制造、軟件配置、軟件設(shè)計(jì)、版本匹配和使用不當(dāng)。

（4）根據(jù)分析定位的異常原因，進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化，比如：替換器件，保證器件質(zhì)量一致性，提升制造工藝，優(yōu)化生產(chǎn)流程；硬件參數(shù)容量冗余設(shè)計(jì)，修正軟件缺陷，更改配置，增加調(diào)試項(xiàng)目清單等。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的集群式高溫老化異常監(jiān)視方法和軟件。通過在生產(chǎn)制造中心大規(guī)模推廣該方法和軟件，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。顯著降低了對一線工人的技術(shù)要求，由以前熟練掌握裝置內(nèi)部功能細(xì)節(jié)的技術(shù)工人，降低為僅僅會(huì)操作電腦即可的簡單技術(shù)工人。大幅節(jié)省大批量裝置高溫老化流程環(huán)節(jié)的工時(shí)，工時(shí)縮短70%。并提高裝置高溫老化異常現(xiàn)象人工檢查時(shí)的正確檢出率。為公司產(chǎn)品質(zhì)量缺陷及早暴露提供了更好的手段，從而提升了公司的自動(dòng)化產(chǎn)品出廠質(zhì)量。