引言

　　plc可為軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的故障診斷提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持版痪。在進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計時菱农，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求炕淮，選用適當(dāng)?shù)膒lc缠借，可豐富和完善診斷系統(tǒng)的功能干毅。隨著plc新產(chǎn)品的研制成功，它在故障診斷領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用前景烈炭。

1 簡介

　　萊鋼中小型軋鋼生產(chǎn)線于97年建成投產(chǎn)走柠，主要生產(chǎn)圓鋼、彈簧扁鋼卫道、槽鋼和螺紋鋼括者。該生產(chǎn)線plc控制系統(tǒng)由abb公司提供，其自動控制系統(tǒng)采用abb masterpiece 200/1 plc控制系統(tǒng)秒勿，實現(xiàn)了18架軋機(jī)以及冷床脂挥、冷剪和碼垛機(jī)的自動控制〈敌耍基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用abb公司的rmc200軋鋼控制系統(tǒng)骑枯，它是一個開放型集散控制系統(tǒng)，由一套mp200/1過程站和一套as520操作員站組成施揪。過程站由一個cpu機(jī)架帶一個i/o機(jī)架組成涡税，cpu機(jī)架上安裝了cpu模板dspc172、內(nèi)存模板dsmb176以及32通道的di/do模板交某，通過通訊模板dscs140連接到masterbus300總線上醇锌，與其它過程站進(jìn)行通訊，i/o機(jī)架由總線擴(kuò)展模塊dsbc172實現(xiàn)總線擴(kuò)展麻诀。

　　操作員站采用hp-unix工作站痕寓，并通過實時加速器板連接到masterbus300的冗余接口，通過它操作人員可直接對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控蝇闭，主要功能有：（1）軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的啟停（2）設(shè)備數(shù)據(jù)設(shè)定和實時監(jiān)控（3）事件與報警清單的顯示與打印等呻率。系統(tǒng)的主要畫面有啟動畫面、設(shè)定畫面呻引、維護(hù)畫面礼仗、事件畫面和報警畫面。系統(tǒng)配置圖如圖1所示苞七。

2 plc診斷軋鋼生產(chǎn)設(shè)備故障的基本原理

　　軋鋼設(shè)備的故障信號有數(shù)字量和模擬量之分藐守，plc采用不同的方法對這兩種信號對應(yīng)的故障進(jìn)行診斷。

　　2.1 基于數(shù)字量信號的故障診斷

　　plc對數(shù)字量信號的識別是通過其數(shù)字量輸入模塊完成的蹂风。plc控制軋鋼生產(chǎn)設(shè)備時卢厂，設(shè)備中的壓力乾蓬、溫度、液位慎恒、行程數(shù)字及操作按鈕等數(shù)字量傳感器與plc的輸入端子相連任内，每個輸入端子在plc的數(shù)據(jù)區(qū)中分配有一個“位”，每個“位”在內(nèi)存中為一個地址庸灶。讀取plc輸入位的狀態(tài)值可作為識別數(shù)字量故障信號的根據(jù)腐熊。診斷數(shù)字量故障的過程，實質(zhì)就是將plc正常的輸入位狀態(tài)值與相應(yīng)的輸入位的實際狀態(tài)值相比較的過程窘携。如果二者比較的結(jié)果是一致的冒瞎，則表明設(shè)備處于正常工況，不一致則表明對應(yīng)輸入位的設(shè)備部位處于故障工況杀终。這就是plc診斷基于數(shù)字量信號故障的基本原理洛怠。這種診斷方法，故障定位準(zhǔn)確息聪，可進(jìn)行實時在線診斷眉崩。通過plc的圖形功能塊編程，還可將故障診斷融入過程控制员研，達(dá)到保護(hù)軋鋼設(shè)備的目的徙蜓。

　　2.2 基于模擬量信號的故障診斷

　　plc對模擬量信號的識別是通過plc的模擬量輸入輸出模塊來完成的。模擬量輸入輸出模塊采用a/d轉(zhuǎn)換原理阶质，輸入端接收來自傳感器或變送器的模擬信號贫怀，輸出端輸出的模擬信號作用于plc的控制對象。plc診斷模擬量故障的過程糕伐，實質(zhì)就是將在相應(yīng)a/d通道讀到的監(jiān)測信號的模擬量的實際值與系統(tǒng)允許的極限值相比較的過程烙懦。如果比較的結(jié)果是實際值遠(yuǎn)離極限值，則表明軋鋼生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)赤炒，如果實際值接近或達(dá)到極限值，則為不正常狀態(tài)亏较。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實際系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)變化范圍確定莺褒，利用plc上的模擬量設(shè)定開關(guān)可精確設(shè)置該極限值。

　　當(dāng)模擬量的實際值達(dá)到模擬量設(shè)定開關(guān)的設(shè)定值雪情，plc還能按照一定的邏輯關(guān)系啟動開關(guān)量模塊上的輸出位遵岩，或者從plc的通訊口主動發(fā)起通訊，從而輸出故障診斷的結(jié)果巡通，并據(jù)此實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的控制尘执。

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　　2.3 基于中斷方式的故障診斷

　　plc的中斷方式有：

　　（1） 輸入中斷;

　⊙缌埂（2） 間隔定時器中斷;

　√芏А（3）高速計數(shù)器中斷表悬。其中，輸入中斷特別適合于軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的故障診斷市砍。它對應(yīng)于工業(yè)操作站的硬中斷俏川，屬于外部中斷，但plc的輸入中斷可用plc的外部指令來屏蔽射疤。將軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的故障信號作為plc的輸入中斷源符殊，一旦出現(xiàn)故障信號，cpu立即響應(yīng)倾桩，停止正在執(zhí)行的程序倘秸，轉(zhuǎn)到中斷子程序中去，即可方便地對故障進(jìn)行處理眼骗。它與直接利用plc的內(nèi)部邏輯完成故障診斷的不同之處在于：采用輸入中斷處理故障時轨皮，可停止plc主程序的執(zhí)行過程，而直接利用plc的輸入和內(nèi)部邏輯處理故障時绒双，plc的主程序仍處于運行狀態(tài)躬源。因此，要根據(jù)故障對軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的影響程度選擇合適的故障診斷方式还织。plc的輸入中斷方式對后果嚴(yán)重的突發(fā)故障的處理特別有用拆座。

3　plc在故障診斷系統(tǒng)中的作用

　　故障診斷系統(tǒng)是典型的人機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的信息流向和功能劃分的結(jié)果［1］冠息，基于操作站智能化的故障診斷系統(tǒng)挪凑，如圖2所示。

　　系統(tǒng)的輸入模塊要完成軋鋼生產(chǎn)設(shè)備故障檢測信號逛艰、控制指令和專家知識的接收工作躏碳。處理模塊要求能自動實現(xiàn)特征參數(shù)提取、控制指令代碼轉(zhuǎn)換的功能散怖。專家知識的整理和表達(dá)由領(lǐng)域?qū)＜液拖到y(tǒng)專家協(xié)作完成菇绵。控制模塊是故障診斷系統(tǒng)的核心镇眷，它根據(jù)控制指令咬最，利用專家知識，完成從故障特征到故障原因的識別工作欠动∮牢冢控制模塊的功能越完善，故障診斷系統(tǒng)的智能化程度越高具伍。輸出模塊通過聲光報警裝置和人機(jī)界面翅雏，給出故障定位、預(yù)報和解釋的結(jié)果。其中咒娶，人機(jī)界面還能提供排除故障的技術(shù)路線仍枕。實現(xiàn)信息源從輸入模塊到輸出模塊的全自動流向，減少人在其中的干預(yù)作用墅轩，是軋鋼生產(chǎn)設(shè)備對其故障診斷系統(tǒng)的要求坚哲。采用plc的故障診斷系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)故障診斷過程的自動化付昧。

4　利用plc和操作站實現(xiàn)智能化診斷的方式

　　實現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)設(shè)備故障診斷的智能化御欢，可充分利用專家知識，提高診斷效率严齿，是故障診斷技術(shù)發(fā)展的一個重要方向升碱。由于目前的plc產(chǎn)品不具備自動獲取和存儲專家知識的功能，所采用的編程語言無法完成控制層中的計算推理功能骄闺，因此是酣，單純采用plc的故障診斷系統(tǒng)的智能程度是相當(dāng)有限的。為此剃袍，可利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)黄刚，將plc和操作站聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，互相取長補(bǔ)短民效，共同構(gòu)成故障診斷的硬件系統(tǒng)憔维。plc采用并行分布式結(jié)構(gòu)，作下位機(jī)使用畏邢，操作站作為上位機(jī)业扒，可完成plc的程序下裝，實施對多臺plc的管理舒萎，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算程储，建立數(shù)據(jù)庫，存儲專家知識臂寝，其輸入輸出設(shè)備可用作診斷過程的人機(jī)交互章鲤。plc與操作站通過兩種方式聯(lián)接成一個整體：一是通過plc的通訊口和操作站的通訊口進(jìn)行聯(lián)接，二是通過plc的輸入輸出端子與操作站上的開關(guān)量板和a/d板進(jìn)行聯(lián)接咆贬。其中咏窿，plc通過通訊口傳遞給上位機(jī)的故障信號多達(dá)2個或2個以上時，上位機(jī)要通過編碼進(jìn)行識別熬鸟，而通過plc輸出端子傳遞給上位機(jī)的故障信號，上位機(jī)要通過開關(guān)量板輸入端子的地址來識別肮插。plc輸入端子可接受來自上位機(jī)的控制信號或故障信號秸铣。網(wǎng)絡(luò)中的plc和操作站在故障診斷系統(tǒng)中各自扮演著不同的角色。通常情況下，故障診斷過程中復(fù)雜的邏輯判斷朱泞、開關(guān)量故障信號的檢測以及在嚴(yán)重故障狀態(tài)下對設(shè)備進(jìn)行的保護(hù)可交給plc完成乐太，而復(fù)雜的數(shù)值計算和人機(jī)交互可在上位機(jī)上完成。

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5 應(yīng)用效果

　　整個車間自動化系統(tǒng)為二級控制系統(tǒng)膀琐，即設(shè)備控制級和信息管理級莉孽，設(shè)備控制級即一級系統(tǒng)為rmc200軋線控制系統(tǒng)，采用abb master piece系統(tǒng)苦旋，由10套abb master piece200/1過程站火晕、3套master piece90過程站、和3臺advant station 500系列操作站偏秦、1臺vt340監(jiān)控站及2臺masteraid220編程器構(gòu)成液珠。各過程站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊采用master bus300（簡稱mb300），通過加熱爐的過程站與二級信息管理級進(jìn)行通訊辅甥。每一個mp200/1過程站通過一個dscs140通訊板連接到mb300網(wǎng)絡(luò)上酝润，通過mb300網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通訊板上可以設(shè)定地址開關(guān)璃弄，據(jù)此來確定該節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)上的位置要销。對于mp200/1與打捆機(jī)mp90的通訊，通過rmc7系統(tǒng)中的通訊板dscs131連接至modem夏块，打捆機(jī)上也分別裝一modem和通訊板dscs131疏咐，由modem來實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。在加熱爐rmc1的mp200/1系統(tǒng)中拨扶，通過dscs150板與二級計算機(jī)系統(tǒng)ibm netifinity 5000 服務(wù)器通訊凳鬓，二者通過gcom網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。下面以rmc2為例患民，簡介實現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)設(shè)備故障診斷的智能化缩举。

　　rmc2實際上包括三套plc:rmc2、rmc52匹颤、rmc62仅孩，rmc2主要完成的控制功能有：軋制程序表的設(shè)定及存儲、爐前裝料設(shè)備控制（包括熱送和裝冷坯兩種情況）卡催、爐前鋼坯測長與稱重责名、加熱爐出口設(shè)備控制、粗軋機(jī)主傳動控制绘菲、粗軋機(jī)微張力控制液炼、6#剪子控制;rmc52主要完成的控制功能有：中軋機(jī)控制（包括速度級聯(lián)、速度給定雄工、跟蹤）枕络、軋線模擬軋鋼測試硬拴、中軋機(jī)組的活套掃描器控制;rmc62主要完成的控制功能有：精軋機(jī)控制（包括速度級聯(lián)、速度給定搜澈、跟蹤）魁济、精軋機(jī)組的活套掃描器控制。rmc2乏傀、rmc52孙已、rmc62三者既需獨立完成分配給自己的控制功能，又環(huán)環(huán)相扣杆坪，互相聯(lián)鎖制約著淋袖，若中軋機(jī)組的活套掃描器控制中有差錯，軋鋼控制系統(tǒng)無法正常運行奈泪，6#剪子立即碎斷适贸，防止軋線堆鋼，同時涝桅，加熱爐停止出鋼拜姿，直至故障解除。

　　所設(shè)計的故障診斷系統(tǒng)能完成以下功能：

　》胨臁（1）測試過程開始前蕊肥，運行故障診斷系統(tǒng)，檢查軋鋼生產(chǎn)控制系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài)蛤肌。對于開關(guān)量壁却，這個過程是上位機(jī)通過通訊口讀取plc輸入位的狀態(tài)值并與其正常狀態(tài)值相比較的過程;對于模擬量，這個過程可用讀取模擬量起動的開關(guān)位的狀態(tài)值作為判斷的根據(jù)裸准，也可將從其它站讀取的模擬量與其相應(yīng)的極限值相比較的結(jié)果作為判斷的根據(jù)展东。若發(fā)現(xiàn)測控系統(tǒng)有故障，應(yīng)及時處理（上位機(jī)顯示屏給出具體故障的部位報警）炒俱。只有當(dāng)診斷結(jié)果為良好狀態(tài)時盐肃，才能進(jìn)行的軋鋼性能測試;

　　（2） 如果測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)不合格的設(shè)備没靖，應(yīng)重新運行故障診斷系統(tǒng)锚倦。

　　（3）如果測試過程當(dāng)中驱宴，測控系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障任咨，則plc通過通訊口或上位機(jī)輸入輸出板傳遞故障信號，使測控系統(tǒng)退出測試過程歧衡，屏幕給出故障診斷的結(jié)果和排除故障的建議簇友。

6 結(jié)束語

　　plc可為軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的故障診斷提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計時庸颂，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求肠豺，選用適當(dāng)?shù)膒lc阻洋，可豐富和完善診斷系統(tǒng)的功能。隨著plc新產(chǎn)品的研制成功阵厨，它在故障診斷領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用前景。

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