魏保玉 茹瑞鵬

【摘 要】論文詳細(xì)闡述了基于工業(yè)組態(tài)軟件Wincc實現(xiàn)提升機(jī)第一故障智能檢測的方法。該智能故障檢測系統(tǒng)完全獨立于提升機(jī)電控系統(tǒng)，可與PLC邏輯控制系統(tǒng)并行運行，有助于縮短現(xiàn)場故障診斷時間，提高設(shè)備診斷水平及生產(chǎn)效率。論文給出了詳細(xì)的故障分類、故障源邏輯判斷及程序設(shè)計流程圖。

【關(guān)鍵詞】智能故障診斷；遠(yuǎn)程維護(hù)；礦井提升機(jī)；首發(fā)故障源

中圖分類號： TD633 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）27-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.016

【Abstract】This paper elaborates the intelligent detection method of the first fault of hoist based on Wincc industrial configuration software. The intelligent fault detection system is completely independent of the elevator control system， and can run in parallel with the PLC logic control system. It is helpful to shorten the field fault diagnosis time， improve the level of equipment diagnosis and production efficiency. The paper gives detailed fault classification， logical judgement of fault source and flow chart of program design.

【Key words】Intelligent fault diagnosis； Remote maintenance； Mine hoist； First failure source

0 前言

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)自動化程度的提高，其電控系統(tǒng)的復(fù)雜度、集成度及信息化程度越來越高，同時也導(dǎo)致故障時第一故障源的排查確認(rèn)越發(fā)困難。因此，如何借助智能診斷技術(shù)簡化現(xiàn)場故障排查難度，提升維護(hù)水平及效率是工業(yè)控制中一個亟待的技術(shù)問題。

本文所述智能故障檢測技術(shù)，其主要應(yīng)用對象為礦山立井提升機(jī)電控工藝控制系統(tǒng)。當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)安全回路斷開時往往會引發(fā)出一系列的故障，電控系統(tǒng)的人機(jī)界面中出現(xiàn)多條故障報警記錄，維修人員無法及時分清故障原因，即引發(fā)安全回路跳車的最初故障無法準(zhǔn)確判斷。這對現(xiàn)場維修人員排查故障造成了很大困難，極大的影響了安全生產(chǎn)的時間。因此，亟需一種智能故障檢測技術(shù)以實現(xiàn)第一故障源的智能判斷，以期縮短故障排查時間，從而提高生產(chǎn)效率。

1 提升機(jī)故障分類與編碼

提升機(jī)系統(tǒng)主要構(gòu)成涵蓋以下幾個主要部分：機(jī)械傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、軸承潤滑系統(tǒng)、監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)、工藝保護(hù)系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)以及其他冷卻、配電等輔助設(shè)備。系統(tǒng)相對較為龐大，因此故障種類繁多。提升機(jī)電控系統(tǒng)故障其故障源肯定已被PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測，從而為智能故障診斷技術(shù)的信息提取提供了方便。提升機(jī)電控系統(tǒng)常見故障有：（1）PLC本身的軟硬件故障，包括IO錯誤、處理器錯誤、程序錯誤、通訊錯誤、信號模板錯誤等原因；（2）外圍硬件錯誤，包括各種傳感器、外部接口設(shè)備等故障。數(shù)字控制系統(tǒng)本身的軟硬件故障一般可以由其自身完善的自診斷系統(tǒng)判斷，如西門子PLC的CPU在線診斷信息中一般可以完成自身的軟硬件故障診斷。而外圍硬件故障才是故障診斷的重點，如何對外圍硬件故障進(jìn)行歸類和檢測是智能診斷準(zhǔn)確性的根本。

根據(jù)提升機(jī)工藝控制的要求及特點，對諸如電機(jī)溫度超限報警、電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)停機(jī)、變壓器溫度超限報警、深度指示器顯示失效、整流裝置冷卻風(fēng)機(jī)停機(jī)等一些不嚴(yán)重影響提升安全的故障，允許提升機(jī)完成當(dāng)次提升循環(huán)，故定義其為輕故障；但對諸如硬件安全回路斷開、軟件安全回路斷開、閘控安全回路斷開、信號安全回路斷開、急停開關(guān)斷開等一些可能嚴(yán)重影響提升安全的故障，則必須實施緊急停車操作，故定義為重故障。因此，需根據(jù)故障嚴(yán)重程度、故障位置、故障前后邏輯等相關(guān)信息，對故障進(jìn)行合理分類，并建立完善的故障分類樹，以明確故障發(fā)生的內(nèi)在邏輯關(guān)系。

2 智能診斷的設(shè)計方法

根據(jù)以上對提升機(jī)故障內(nèi)邏輯關(guān)系的分析，對所有故障信息進(jìn)行故障編碼，一個故障對應(yīng)唯一的一個故障編碼，以建立系統(tǒng)的故障編碼數(shù)據(jù)庫。利用故障樹分析方法，分析頂故障和底故障間的邏輯關(guān)系，以判斷哪個故障是第一故障源，那些故障是由首發(fā)故障連帶引起的引發(fā)故障。從而利用數(shù)字控制系統(tǒng)自身的高速運算能力及人機(jī)界面靈活的顯示功能來實現(xiàn)故障的智能檢測與生動指示。為保證原PLC電控系統(tǒng)運行的安全性及穩(wěn)定性，采用模塊化的程序編程，智能診斷程序直接嵌入上位機(jī)組態(tài)軟件中，故障信息的讀取通過通訊網(wǎng)絡(luò)直接從PLC控制系統(tǒng)中獲得。因此，該智能故障檢測功能的實現(xiàn)對原有電控程序無任何影響，可獨立于主控程序運行。

本文所述智能故障診斷技術(shù)基于西門子的Wincc組態(tài)軟件實現(xiàn)，上位機(jī)與主控PLC之間通過MPI網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)故障信息的實時傳輸。Wincc根據(jù)上文所建立的故障數(shù)據(jù)庫及故障樹所表明的故障內(nèi)在邏輯關(guān)系，自動判斷第一故障源，并將所有故障按照故障發(fā)生的先后邏輯順序在上位機(jī)界面中進(jìn)行實時顯示，同時該故障診斷系統(tǒng)也可將提升系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)集成在顯示畫面內(nèi)，以進(jìn)一步方便現(xiàn)場人員的故障分析、排查。

故障診斷設(shè)計中，將故障按類別進(jìn)行整理，通過類別判斷進(jìn)行分層尋找可能引發(fā)故障的原因，通過定性識別各類別下的故障原因，整理出對應(yīng)的邏輯關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。提升機(jī)故障排列如圖1所示。

在數(shù)字控制系統(tǒng)中分配數(shù)據(jù)區(qū)用于存儲故障信息，數(shù)據(jù)區(qū)大小由統(tǒng)計的故障數(shù)來決定，可預(yù)留一部分用于后續(xù)增加的故障信息。故障信息按隊列的形式進(jìn)行排列。對觸發(fā)的故障設(shè)置地址指針，地址指針隨著故障時間的增加依次遞加，即可將其發(fā)生按時間原則排列入隊列順序中。具體隊列存儲實現(xiàn)流程圖如圖2所示。

3 智能故障監(jiān)測界面設(shè)計

智能故障監(jiān)測界面的設(shè)計以簡潔實用為基本原則，首先實現(xiàn)了所有故障按照故障發(fā)生先后順序的自動排序顯示，現(xiàn)場維護(hù)人員僅需關(guān)注排序列表的第一個故障代碼即可，從而大大降低了故障排查時間，并實現(xiàn)了多次故障排序的連續(xù)記錄功能。

為進(jìn)一步方便現(xiàn)場人員的使用，同時將電控系統(tǒng)軟、硬件安全回路以生動的電氣原理圖的形式動態(tài)顯示在監(jiān)控界面中，從而使現(xiàn)場維護(hù)人員無需打開PLC程序即可分析相關(guān)程序閉鎖、邏輯關(guān)系；將系統(tǒng)實時運行狀態(tài)信息，如行程、速度、溫度等以圖表的形式顯示的監(jiān)控界面，以方便系統(tǒng)分析故障發(fā)生的可能原因。

并充分利用了工業(yè)組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄功能，可方便的進(jìn)行故障記錄、歷史數(shù)據(jù)曲線查詢及相關(guān)數(shù)據(jù)表格打印功能，真正做到智能監(jiān)控。

4 結(jié)語語

文中介紹的基于Wincc的提升機(jī)智能故障檢測技術(shù)，在對提升機(jī)故障進(jìn)行詳細(xì)分類及故障邏輯關(guān)系分析基礎(chǔ)上，建立了完善的提升故障編碼數(shù)據(jù)，通過故障樹分析方法實現(xiàn)了第一故障源的自動智能判斷及按照故障發(fā)生先后邏輯順序的自動排序，采用Wincc組態(tài)軟件進(jìn)行了邏輯編程實現(xiàn)及監(jiān)控界面的顯示?，F(xiàn)場運行實踐證明了可方法的可行性和第一故障源檢查的準(zhǔn)確性，可有效提高故障排查效率。

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