1 引言 萊鋼中小型軋鋼生產(chǎn)線于97年建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)圓鋼、彈簧扁鋼、槽鋼和螺紋鋼。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ABBMasterPiece200/1PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了18架軋機以及冷床、冷剪和碼垛機的自動控制。基礎自動化系統(tǒng)采用ABB公司的RMC200軋鋼控制系統(tǒng)，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。過程站由一個CPU機架帶一個I/O機架組成，CPU機架上安裝了CPU模板DSPC172、內(nèi)存模板DSMB176以及32通道的DI/DO模板，通過通訊模板DSCS140連接到MasterBus300總線上，與其它過程站進行通訊，I/O機架由總線擴展模塊DSBC172實現(xiàn)總線擴展。 操作員站采用HP-UNIX工作站，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)場設備進行監(jiān)控，主要功能有1）軋鋼生產(chǎn)設備的啟停（2）設備數(shù)據(jù)設定和實時監(jiān)控（3）事件與報警清單的顯示與打印等。系統(tǒng)的主要畫面有啟動畫面、設定畫面、維護畫面、事件畫面和報警畫面。 2 PLC診斷軋鋼生產(chǎn)設備故障的基本原理 軋鋼設備的故障信號有數(shù)字量和模擬量之分，PLC采用不同的方法對這兩種信號對應的故障進行診斷。 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。PLC控制軋鋼生產(chǎn)設備時，設備中的壓力、溫度、液位、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，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。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)。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)值與相應的輸入位的實際狀態(tài)值相比較的過程。如果二者比較的結(jié)果是一致的，則表明設備處于正常工況，不一致則表明對應輸入位的設備部位處于故障工況。這就是PLC診斷基于數(shù)字量信號故障的基本原理。這種診斷方法，故障定位準確，可進行實時在線診斷。通過PLC的圖形功能塊編程，還可將故障診斷融入過程控制，達到保護軋鋼設備的目的。 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，輸入端接收來自傳感器或變送器的模擬信號，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，實質(zhì)就是將在相應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。如果比較的結(jié)果是實際值遠離極限值，則表明軋鋼生產(chǎn)設備對應的受監(jiān)控部位處于正常狀態(tài)，如果實際值接近或達到極限值，則為不正常狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否的極限值根據(jù)實際系統(tǒng)相應的參數(shù)變化范圍確定，利用PLC上的模擬量設定開關可精確設置該極限值。 當模擬量的實際值達到模擬量設定開關的設定值，PLC還能按照一定的邏輯關系啟動開關量模塊上的輸出位，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，并據(jù)此實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)設備的控制。 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; （2）間隔定時器中斷; （3）高速計數(shù)器中斷。其中，輸入中斷特別適合于軋鋼生產(chǎn)設備的故障診斷。它對應于工業(yè)操作站的硬中斷，屬于外部中斷，但PLC的輸入中斷可用PLC的外部指令來屏蔽。將軋鋼生產(chǎn)設備的故障信號作為PLC的輸入中斷源，一旦出現(xiàn)故障信號，CPU立即響應，停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到中斷子程序中去，即可方便地對故障進行處理。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，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，PLC的主程序仍處于運行狀態(tài)。因此，要根據(jù)故障對軋鋼生產(chǎn)設備的影響程度選擇合適的故障診斷方式。PLC的輸入中斷方式對后果嚴重的突發(fā)故障的處理特別有用。 3 PLC在故障診斷系統(tǒng)中的作用 故障診斷系統(tǒng)是典型的人機系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中的信息流向和功能劃分的結(jié)果，基于操作站智能化的故障診斷系統(tǒng)。 系統(tǒng)的輸入模塊要完成軋鋼生產(chǎn)設備故障檢測信號、控制指令和專家知識的接收工作。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。專家知識的整理和表達由領域?qū)＜液拖到y(tǒng)專家協(xié)作完成。控制模塊是故障診斷系統(tǒng)的核心，它根據(jù)控制指令，利用專家知識，完成從故障特征到故障原因的識別工作?？刂颇K的功能越完善，故障診斷系統(tǒng)的智能化程度越高。輸出模塊通過聲光報警裝置和人機界面，給出故障定位、預報和解釋的結(jié)果。其中，人機界面還能提供排除故障的技術路線。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作用，是軋鋼生產(chǎn)設備對其故障診斷系統(tǒng)的要求。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。 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)設備故障診斷的智能化，可充分利用專家知識，提高診斷效率，是故障診斷技術發(fā)展的一個重要方向。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，因此，單純采用PLC的故障診斷系統(tǒng)的智能程度是相當有限的。為此，可利用網(wǎng)絡技術和通訊技術，將PLC和操作站聯(lián)接成網(wǎng)絡，互相取長補短，共同構成故障診斷的硬件系統(tǒng)。PLC采用并行分布式結(jié)構，作下位機使用，操作站作為上位機，可完成PLC的程序下裝，實施對多臺PLC的管理，進行復雜的數(shù)據(jù)運算，建立數(shù)據(jù)庫，存儲專家知識，其輸入輸出設備可用作診斷過程的人機交互。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行聯(lián)接，二是通過PLC的輸入輸出端子與操作站上的開關量板和A/D板進行聯(lián)接。其中，PLC通過通訊口傳遞給上位機的故障信號多達2個或2個以上時，上位機要通過編碼進行識別，而通過PLC輸出端子傳遞給上位機的故障信號，上位機要通過開關量板輸入端子的地址來識別。PLC輸入端子可接受來自上位機的控制信號或故障信號。網(wǎng)絡中的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，故障診斷過程中復雜的邏輯判斷、開關量故障信號的檢測以及在嚴重故障狀態(tài)下對設備進行的保護可交給PLC完成，而復雜的數(shù)值計算和人機交互可在上位機上完成。 5 應用效果 整個車間自動化系統(tǒng)為二級控制系統(tǒng)，即設備控制級和信息管理級，設備控制級即一級系統(tǒng)為RMC200軋線控制系統(tǒng)，采用ABBMasterPiece系統(tǒng)，由10套ABBMasterPiece200/1過程站、3套MasterPiece90過程站、和3臺AdvantStation500系列操作站、1臺VT340監(jiān)控站及2臺MasterAid220編程器構成。各過程站之間的網(wǎng)絡通訊采用MasterBus300（簡稱MB300），通過加熱爐的過程站與二級信息管理級進行通訊。每一個MP200/1過程站通過一個DSCS140通訊板連接到MB300網(wǎng)絡上,通過MB300網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，通訊板上可以設定地址開關，據(jù)此來確定該節(jié)點在網(wǎng)絡上的位置。對于MP200/1與打捆機MP90的通訊,通過RMC7系統(tǒng)中的通訊板DSCS131連接至MODEM,打捆機上也分別裝一MODEM和通訊板DSCS131，由MODEM來實現(xiàn)遠程通訊。在加熱爐RMC1的MP200/1系統(tǒng)中，通過DSCS150板與二級計算機系統(tǒng)IBMNetifinity5000服務器通訊，二者通過GCOM網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。下面以RMC2為例，簡介實現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)設備故障診斷的智能化。 RMC2實際上包括三套PLC:RMC2、RMC52、RMC62，RMC2主要完成的控制功能有:軋制程序表的設定及存儲、爐前裝料設備控制（包括熱送和裝冷坯兩種情況）、爐前鋼坯測長與稱重、加熱爐出口設備控制、粗軋機主傳動控制、粗軋機微張力控制、6#剪子控制;RMC52主要完成的控制功能有:中軋機控制（包括速度級聯(lián)、速度給定、跟蹤）、軋線模擬軋鋼測試、中軋機組的活套掃描器控制;RMC62主要完成的控制功能有:精軋機控制（包括速度級聯(lián)、速度給定、跟蹤）、精軋機組的活套掃描器控制。RMC2、RMC52、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，互相聯(lián)鎖制約著，若中軋機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，6#剪子立即碎斷，防止軋線堆鋼，同時，加熱爐停止出鋼，直至故障解除。 所設計的故障診斷系統(tǒng)能完成以下功能: （1）測試過程開始前，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)。對于開關量，這個過程是上位機通過通訊口讀取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位的狀態(tài)值作為判斷的根據(jù)，也可將從其它站讀取的模擬量與其相應的極限值相比較的結(jié)果作為判斷的根據(jù)。若發(fā)現(xiàn)測控系統(tǒng)有故障，應及時處理（上位機顯示屏給出具體故障的部位報警）。只有當診斷結(jié)果為良好狀態(tài)時，才能進行的軋鋼性能測試; （2）如果測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)不合格的設備，應重新運行故障診斷系統(tǒng)。 （3）如果測試過程當中，測控系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障，則PLC通過通訊口或上位機輸入輸出板傳遞故障信號，使測控系統(tǒng)退出測試過程，屏幕給出故障診斷的結(jié)果和排除故障的建議。 6 結(jié)束語 PLC可為軋鋼生產(chǎn)設備的故障診斷提供強有力的技術支持。在進行故障診斷系統(tǒng)的設計時，根據(jù)診斷系統(tǒng)的功能要求，選用適當?shù)腜LC，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，它在故障診斷領域?qū)⒂懈鼜V闊的應用前景。