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和網絡故障狀態信息，使用網絡通訊技術和路由器技術實現不同網段之間數據通訊，搭建邯鋼西區鐵前區域PLC系統遠程故障診斷監控平臺，提高了PLC控制系統的可靠性和故障處理的響應速度。
關鍵詞：PLC；網絡故障；診斷
1 前言
隨著國內經濟的快速增長，控制系統在國內制造企業廣泛應用并發展。控制系統的穩定性對企業生產制造的有力競爭尤為重要，隨著控制系統規模的擴大，自動化復雜程度的提高，設備系統故障率也在增加。控制系統故障對生產影響的程度更是大幅度上升。從目前統計的情況來看，設備系統故障停機的時間80%以上用于故障診斷，而實際維修只占用不到20%的時間。設備越復雜，問題越嚴重。為了保證生產的正常運行，提高設備的利用率，除了不斷提高系統的可靠性外，對控制系統的運行集中監視，及時報警提示，越來越受到重視。在故障發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并得到了發展。
邯鋼西區自2007年陸續投產后，控制系統的硬件故障率進入高發期。通過分析控制系統的故障，網絡系統故障和CPU故障這兩類故障發生率低，但是一旦發生對生產影響很大甚至會造成整條產線停產，而且恢復時間較長。通過近兩年來的對PLC故障統計來看，控制系統硬件故障只能事后發現，而且只能依靠排除法或故障狀態燈等進行分析判斷，故障處理時間比較長，對生產影響非常嚴重。
我們立足于企業自身，學習行業先進企業的經驗，結合邯鋼生產管理經驗，致力于搭建一個企業生產控制系統的集中監視預警平臺，助力企業穩定綠色生產，提高產品競爭力。此項目中，不用增加任何硬件，直接以PLC系統故障診斷程序為核心開發故障診斷軟件平臺，極大提高了對PLC控制系統設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，為邯鋼的生產順行提供了可靠保證。
2 技術方案
邯鋼西區能源網絡是數據專用網絡，通過路由器連接現場的PLC控制網絡，采集現場PLC系統的各種能源計量數據，傳送給能源網服務器（3臺）。我們利用能源網絡已經連接到現場的便利條件，將值班室監控站連接到能源網，就可以實現值班室到現場PLC系統的網絡通訊。在PLC作業區值班室，設置2臺集中監控站，一臺監控站負責遠程在線監控程序。該監控站上安裝西門子PLC編程軟件STEP75.5、AB PLC編程軟件LOGIX5000、施奈德PLC編程軟件Unity Pro等相關軟件，通過路由器實現對邯鋼西區鐵前區域PLC系統程序遠程在線集中監控，判斷故障原因，協助電氣、儀表人員處理故障。另一臺監控站負責現場PLC系統的硬件狀態監測。我們在現場PLC系統通過編程讀取CPU狀態指令和網絡故障狀態信息，形成PLC故障狀態字，并將其通訊到能源網。在能源網監控平臺中編輯PLC硬件狀態監測畫面，在值班室這臺監控站安裝能源網客戶端實現對現場PLC控制系統的CPU狀態和DP網絡狀態實時監控。遠程監控網絡連接示意圖如圖1所示：
3 實施措施
3.1 能源網絡實施
目前邯鋼西區能源網絡已經大部分敷設到西區鐵前PLC系統崗位，值班室位于1#高爐TRT崗位4樓，重新敷設2根20米的雙絞線連接到3樓的能源網機柜交換機，使得值班室的2臺監控站連入能源網絡，通過路由器連接各個崗位PLC系統。邯鋼西區能源網絡圖如圖2所示：
圖2.邯鋼西區能源網絡圖
3.2 現場PLC系統實施
通過研讀各類PLC系統的編程指令，了解相關CPU狀態和網絡狀態指令讀取信息。然后搭建PLC試驗平臺，編輯試驗程序，制造各種故障狀態，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，在現場各個系統中編制故障診斷程序，提取CPU模板和網絡狀態信息，形成故障狀態字，通訊給能源網服務器。
3.3 能源網服務器實施
在能源網服務器中使用RSView Supervisory Edition5.0軟件編制PLC硬件狀態監測界面，讓值班室監控站2的客戶端調用。在圖形編輯界面中編輯各個PLC系統硬件配置狀態，通過設備狀態字中的每一位，顯示每個設備狀態的正常與故障，“綠色”代表正常，“紅色”代表故障。在報警編輯界面中通過設備狀態字提取報警信息，記錄設備故障出現的報警時間、解除報警時間，為故障分析提供依據。對于重要的網絡狀態參數編輯趨勢記錄做為故障記錄分析。
3.4 值班室監控站實施
在PLC作業區值班室，設置2臺集中監控站。每臺監控站上安裝2個以太網卡，一個以太網卡設置能源網絡網段IP地址，連接能源網絡，負責對現場PLC程序進行進行遠程在線診斷；另一個網卡連接設置OA辦公網絡網段IP地址，連接OA辦公網絡，安裝殺毒軟件，實時更新病毒庫，進行防病毒保護。
監控站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等相關軟件，設置路由通訊參數和各種PLC編程軟件相關的通訊參數，從而實現與現場各個PLC系統通訊連接，實現PLC系統程序遠程在線集中監控。西門子PLC系統在線監控圖例如圖3所示：
圖3.西門子PLC系統在線監控圖例
監控站2上安裝安裝能源網客戶端軟件，通過能源網服務器讀取現場各個PLC系統的故障診斷字，實現對現場PLC控制系統的CPU狀態和DP網絡狀態實時監控。燒結1期電控PLC系統硬件狀態監測如圖4所示：
圖4. 燒結1期電控PLC系統硬件狀態監測
4 應用效果
該項目自2017年3月份在邯鋼西區鐵前PLC系統各崗位逐步實現以來，9個月來利用監控站1通過PLC遠程診斷處理故障次數300余次，平均每次故障處理節約時間20分鐘，全年節約故障處理時間約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。
利用監控站2通過能源網客戶端PLC系統的硬件狀態監測成功發現燒結2期電控PLC系統Profibus冗余網絡故障，通過現場檢查發現 CPU站光耦模塊故障，從而避免了燒結2期停機故障。通過能源網客戶端還多次發現現場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 結論
本項目完成后能夠對邯鋼的鐵前區域PLC控制系統設備，進行全面監控，穩定控制過程，減少故障率，同時對鋼鐵企業的其他工藝過程有借鑒作用。結合控制工藝流程，能夠提升產線的全流程智能診斷，符合鋼鐵產業兩化融合的主題，對鋼鐵企業的智能制造，有進一步的提升作用。