王紅彥  

（河鋼集團邯鋼公司自動化部）

摘要：本文主要描述PLC維護人員通過編程讀取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)遠程故障診斷監(jiān)控平臺，提高了PLC控制系統(tǒng)的可靠性和故障處理的響應速度。

關(guān)鍵詞：PLC；網(wǎng)絡(luò)故障；診斷

1  前言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速增長，控制系統(tǒng)在國內(nèi)制造企業(yè)廣泛應用并發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性對企業(yè)生產(chǎn)制造的有力競爭尤為重要，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的擴大，自動化復雜程度的提高，設(shè)備系統(tǒng)故障率也在增加?？刂葡到y(tǒng)故障對生產(chǎn)影響的程度更是大幅度上升。從目前統(tǒng)計的情況來看，設(shè)備系統(tǒng)故障停機的時間80%以上用于故障診斷，而實際維修只占用不到20%的時間。設(shè)備越復雜，問題越嚴重。為了保證生產(chǎn)的正常運行，提高設(shè)備的利用率，除了不斷提高系統(tǒng)的可靠性外，對控制系統(tǒng)的運行集中監(jiān)視，及時報警提示，越來越受到重視。在故障發(fā)生時能準確迅速地進行診斷，以便及時排除故障。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)的硬件故障率進入高發(fā)期。通過分析控制系統(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)生對生產(chǎn)影響很大甚至會造成整條產(chǎn)線停產(chǎn)，而且恢復時間較長。通過近兩年來的對PLC故障統(tǒng)計來看，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)燈等進行分析判斷，故障處理時間比較長，對生產(chǎn)影響非常嚴重。

我們立足于企業(yè)自身，學習行業(yè)先進企業(yè)的經(jīng)驗，結(jié)合邯鋼生產(chǎn)管理經(jīng)驗，致力于搭建一個企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)視預警平臺，助力企業(yè)穩(wěn)定綠色生產(chǎn)，提高產(chǎn)品競爭力。此項目中，不用增加任何硬件，直接以PLC系統(tǒng)故障診斷程序為核心開發(fā)故障診斷軟件平臺，極大提高了對PLC控制系統(tǒng)設(shè)備信息的可視性和故障判斷的準確性，加快故障處理響應速度，大大降低故障處理時間，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)，通過路由器連接現(xiàn)場的PLC控制網(wǎng)絡(luò)，采集現(xiàn)場PLC系統(tǒng)的各種能源計量數(shù)據(jù)，傳送給能源網(wǎng)服務(wù)器（3臺）。我們利用能源網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接到現(xiàn)場的便利條件，將值班室監(jiān)控站連接到能源網(wǎng)，就可以實現(xiàn)值班室到現(xiàn)場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臺集中監(jiān)控站，一臺監(jiān)控站負責遠程在線監(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，通過路由器實現(xiàn)對邯鋼西區(qū)鐵前區(qū)域PLC系統(tǒng)程序遠程在線集中監(jiān)控，判斷故障原因，協(xié)助電氣、儀表人員處理故障。另一臺監(jiān)控站負責現(xiàn)場PLC系統(tǒng)的硬件狀態(tài)監(jiān)測。我們在現(xiàn)場PLC系統(tǒng)通過編程讀取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)控平臺中編輯PLC硬件狀態(tài)監(jiān)測畫面，在值班室這臺監(jiān)控站安裝能源網(wǎng)客戶端實現(xiàn)對現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)的CPU狀態(tài)和DP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實時監(jiān)控。遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接示意圖如圖1所示：

3  實施措施

3.1  能源網(wǎng)絡(luò)實施

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)機柜交換機，使得值班室的2臺監(jiān)控站連入能源網(wǎng)絡(luò)，通過路由器連接各個崗位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PLC系統(tǒng)實施

通過研讀各類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試驗平臺，編輯試驗程序，制造各種故障狀態(tài)，測試相應的故障診斷信息程序的正確性。在獲取測試程序各種故障測試正常后，在現(xiàn)場各個系統(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PLC系統(tǒng)硬件配置狀態(tài)，通過設(shè)備狀態(tài)字中的每一位，顯示每個設(shè)備狀態(tài)的正常與故障，“綠色”代表正常，“紅色”代表故障。在報警編輯界面中通過設(shè)備狀態(tài)字提取報警信息，記錄設(shè)備故障出現(xiàn)的報警時間、解除報警時間，為故障分析提供依據(jù)。對于重要的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)編輯趨勢記錄做為故障記錄分析。

3.4  值班室監(jiān)控站實施

在PLC作業(yè)區(qū)值班室，設(shè)置2臺集中監(jiān)控站。每臺監(jiān)控站上安裝2個以太網(wǎng)卡，一個以太網(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)，負責對現(xiàn)場PLC程序進行進行遠程在線診斷；另一個網(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，實時更新病毒庫，進行防病毒保護。

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)，從而實現(xiàn)與現(xiàn)場各個PLC系統(tǒng)通訊連接，實現(xiàn)PLC系統(tǒng)程序遠程在線集中監(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，通過能源網(wǎng)服務(wù)器讀取現(xiàn)場各個PLC系統(tǒng)的故障診斷字，實現(xiàn)對現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)的CPU狀態(tài)和DP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實時監(jiān)控。燒結(jié)1期電控PLC系統(tǒng)硬件狀態(tài)監(jiān)測如圖4所示：

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

4  應用效果

該項目自2017年3月份在邯鋼西區(qū)鐵前PLC系統(tǒng)各崗位逐步實現(xiàn)以來，9個月來利用監(jiān)控站1通過PLC遠程診斷處理故障次數(shù)300余次，平均每次故障處理節(jié)約時間20分鐘，全年節(jié)約故障處理時間約133小時，大大提高了故障處理響應速度，降低維護人員的勞動強度。

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

5  結(jié)論

本項目完成后能夠?qū)摰蔫F前區(qū)域PLC控制系統(tǒng)設(shè)備，進行全面監(jiān)控，穩(wěn)定控制過程，減少故障率，同時對鋼鐵企業(yè)的其他工藝過程有借鑒作用。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，對鋼鐵企業(yè)的智能制造，有進一步的提升作用。