磨机报警在线帮助系统的设计与实现.pdf

第 48 卷 2020 年第 3 期 编辑 翟晓华 破磨 42 作者简介韩高翔，男，1986 年生，工程师，主要从事工业控 制和电气控制系统的设计和研究工作。 磨机报警在线帮助系统的 设计与实现 韩高翔1,2，吴永强1,2，高海燕1,2，毋华丽1,2 1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 摘要通过收集磨机常见报警信息，分析其原因以及应采取的措施，制定报警编号规则，从而形成一 套完整的报警数据库。基于 PLC 和 HMI 研发了一套磨机报警在线帮助系统，在磨机出现报警时实时 弹出报警信息，并分析问题所在，提出解决方法和处理措施，可缩短设备故障处理耗时，节省设备维 护时间，从而提高设备使用效率和减少停机损失。开发的报警检索功能，可使操作员随时获取报警帮 助信息。 关键词磨机；故障处理；报警；帮助系统 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202003-0042-05 Design and implementation of online alarm help system for mill HAN Gaoxiang1,2, WU Yongqiang1,2, GAO Haiyan1,2, WU Huali1,2 1Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China 2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 471039, Henan, China AbstractAfter collecting common alarm ination of the mill, the paper analyzed their causes and measures to be taken, and worked out alarm coding laws, so as to a complete alarm database. In addition, a set of online alarm help system for the mill was developed based on PLC and HMI. While the mill alarming, the alarm ination popped up in real time and the causes were analyzed, and then solutions and measures were offered. Thus the mill fault disposal duration was shortened, the mill maintenance duration was saved, the mill efficiency was enhanced and the downtime loss was reduced. The developed alarm searching function enabled the operator to obtain alarm help ination at any time. Key Wordsmill; fault disposal; alarm; help system 磨 机作为大型选矿设备，在整个选矿生活线中 起着举足轻重的作用，磨机的最大化和最优化 利用是提高整个选厂的重要因素之一。而实时、准 确、有效地报警对提高磨机使用效率和快速及时处理 设备故障有着极其重要的意义。磨机在实际使用中及 时推断出其异常情况，找出故障点及时检修变得尤为 重要[1]。 报警系统监控的目的就是识别报警系统中存在的 问题，并采取纠正措施解决问题[2]。国内各矿山设备 制造厂家的控制系统对于报警和故障的处理仍停留在 单纯的提示或者停机层面。故障和报警被触发后，往 往需要操作员凭据经验、参看说明书、询问厂家等方 式来解决问题，间接导致了设备故障和报警处理耗时 增加从而延误生产。 通过理论分析、资料收集、现场调研及运行反 馈等方式收集整理一套完整的磨机报警帮助专家资料 库，该资料库包含报警描述、报警编号、原因分析和 处理措施等内容，将该专家库作为数据库导入到 HMI Human Machine Interface，人机交互接口，对 HMI 和 PLC 进行脚本开发，从而研发出一套磨机故障报 警在线帮助系统。当磨机发生故障报警时，系统可在 第一时间提供针对性帮助，操作员可依据帮助信息并 结合实际情况快速解决问题，恢复生产或避免工况继 续恶化，从而缩短设备的维修时间，提高设备利用 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 破 磨 编辑 翟晓华 43 率。同时在很大程度上也减少了由于操作工缺乏经验 而产生的搁置报警，而搁置报警率过高则会对报警系 统运行产生很大的负面作用[3]。 1 数据库的建立 1.1 专家库的建立 研究磨机本体、小齿轮、电控系统、主电动机、 减速器、离合器、润滑系统、慢驱控制系统和其他辅 机等磨机主要组成部分中常见故障和报警的原因，从 设备初期安装、异常运行、非法操作和预期响应失败 等多个方面进行全面分析，列出每个报警对应的处理 措施，最终形成一套包含报警描述、原因分析和处理 措施的专家资料库。专家库中磨机的报警主要分为以 下几类。 1 模拟量超阈值报警 过程变量超过设定的 报警阈值后触发的报警。 2 开关量仪表动作报警 开关量仪表动作触 发的报警，如润滑站油箱液位低报警。 3 非法操作报警 未按设备说明书或控制要求 进行的不合理操作后触发的报警，例如磨机运行时拨 动“就地/远程”选择开关。 4 预期响应失败 控制命令发出后未收到预期 反馈后发出的报警，如油泵切换失败报警、润滑系统 启动失败报警等。 1.2 报警编号规则的制定 在专家库导入 HMI 之前，将专家库中所有故障 和报警信息进行统一的规划、分级、分类、分组和排 序，制定报警标号机制，为每个报警分配报警编号和 分组编号，以便于脚本对报警及其帮助信息进行识别 和摘取。 每个报警都有其各自的报警编号，同时若干同类 报警公用同一个分组编号。报警编号是软件识别单个 报警的唯一依据，主要用于实时报警的弹出和显示。 对于同类报警的原因分析和处理措施是一致的， 为了 减小系统运算负担和避免重复性编程，报警帮助信息 的弹出、报警的检索都是通过分组编号来实现的。 为了让用户更好地了解报警编号每位字母或数字 的具体含义和更熟练地检索报警信息，在 HMI 中开 发了报警编号的定义规则，如图 1 所示。 2 软件开发 系统是基于 HMI 和 PLC 开发完成的，分别在 HMI 和 PLC 上编写代码以实现其各自的功能。HMI 导入了专家资料库的所有信息，显示实时报警，弹出 帮助信息，实现信息的可视化和提供检索入口。PLC 主要完成磨机报警监测和触发以及帮助信息检索算 法的实现。HMI 和 PLC 的代码用分别用 VB 语言和 SCL 结构化文本 语言编写。 系统主要包括了实时报警帮助和报警帮助信息检 索两大功能，分别用于在线报警和离线报警，帮助信 息的获取和查询。帮助信息最终都以弹出窗口的形式 体现。 2.1 实时报警帮助 组态了一个专门用于显示磨机实时报警的窗口， 用于记录和显示实时的报警信息。当磨机发生故障或 报警时，该窗口都会以条状信息显示出来。为了便于 快速区分停机故障和普通报警，二者采用了不同的背 景色；同时，统一规定了报警在到达、到达并确认、 离开、确认并离开等不同状态下的背景颜色和字母缩 写标示，来帮助操作工快速甄别和选取需要及时处理 图 1 报警编号定义规则界面 Fig. 1 Interface of alarm numbering laws 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 编辑 翟晓华 破磨 44 的报警。 在到达的报警中，单击某一条报警即可弹出相 应帮助信息窗口。弹出的帮助信息包括编号、描述、 原因分析和解决办法等 4 项内容。 “编号”为某一类 报警的编号； “描述”是对报警内容的陈述； “原因分 析”描述了导致当下报警的可能原因； “解决办法” 提出针对性的解决方案和处理措施。操作员根据帮助 窗口的原因分析与实际情况，判断出报警的具体原因 后，即可依据帮助信息提出的解决办法来处理实际问 题。实时报警画面及其帮助信息如图 2 所示。 2.2 报警帮助信息检索 为了便于操作员在磨机无实时报警时获取某些报 警的帮助信息或帮助其获取非当前实时报警的帮助信 息，开发了报警检索的功能。在报警检索页面的输入 框内输入报警编号，即可进行信息查找。检索包含精 准检索和模糊检索 2 种方式，二者组态于同一 HMI 页面，共用同一个输入框，分别用“精准检索”和 “模糊检索”2 个按钮来实现其功能。 分组编号是一组由 9 个字母或数字组成的字符 串，是检索程序中唯一可识别的报警代号。报警检索 的运算是在 PLC 内通过 SCL 语言来实现的，PLC 将运 算结果发送给 HMI，HMI 再将检索结果显示出来。 2.2.1 精准检索 精准检索是依据准确的报警编号精确定位到某一 报警信息，操作员可不拘于当下的报警状态和实时报 警而获取想要查看的报警帮助信息。在检索页面内输 入准确的报警编号，点击“精准检索”按钮，“检索 结果”框就会显示出查找结果，点击检索到的报警信 息即可弹出其帮助窗口。所弹出的帮助窗口显示的内 容与实时报警完全一致，具体示例如图 3 所示。 图 3 精准检索画面及弹出的帮助信息 Fig. 3 Accurate searching interface and pop-up help ination 图 2 实时报警画面及弹出的帮助信息 Fig. 2 Real-time alarm interface and pop-up help ination 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 破 磨 编辑 翟晓华 45 图 4 精准检索程序流程 Fig. 4 Flow chart of accurate searching program 检索前需要先将上次检索结果清除，然后再执行 查找功能。为了减轻运算负担和提高检索速度，采用 三级 IF 语句嵌套的形式来实现精确查找。 第 1 级的 IF 语句对作为字符串输入的编号进行 大的分类判断，判定其分别属于以“1、2、3”开头 的 3 个大类报警中的哪一种类；第 2 级 IF 语句对以 相同首字符 例如“2” 开头的报警进行二次分类判 断，为第 3 极 IF 嵌套语句提供上级判定范畴。例如 报警编号“2MM3055BL”属于首位为“2”、第 2、 3 位为 MM 一类的报警；最后一级的 IF 语句采用了 IF-EISEIF 多重判断的形式，实现输入分组编号和数 据库某一编号的最终匹配，得出最终的运算结果。如 果输入的编号与数据库所有分组编号都不匹配，则输 出未找到检索结果的提示信息，第 1 级和第 3 极 IF 嵌套中都需要输出这样的结果。 精准检索的程序流程如图 4 所示，为简化图形， 分组编号用“Code”代替。 2.2.2 模糊检索 精准检索需要输入的报警编号必须完全正确，否 则会导致检索失败。但通常情况下，记住准确的报警 编号会比较困难，所以开发了模糊检索功能，使操作 员在未记住完整报警编号的前提下仍可以进行报警帮 助信息的检索。使用模糊检索时，只需输入报警编号 的前 3 位或者部件字母代号即可进行信息检索。 模糊检索的结果往往不止一条信息，需要操 作员在检索结果中选择想要查找的信息。例如想要 检索“主电动机振动大报警”的相关帮助，输入 “2MM”后，进行模糊检索会显示所有分组编号以 “2 MM” 开头的报警信息，在检索结果中找到想要的 报警后点击即可获取其帮助信息，如图 5 所示。 因为模糊检索时所输入编号的首位和位数具有不 确定性，只采用了一级 IF-ELSEIF 语句。首先对专家 库所有报警按分组编号进行规划，将其划分为 23 个 区域，识别输入编号的前 3 位或者前 2 位，判断其所 属区域，然后将其所属区域的报警信息全部显示出 来。模糊检索允许输入编号第 3 位字符后多位字母和 数字的非准确输入，其程序流程如图 6 所示。为简化 图形，分组编号用“Code”代替。 3 结语 专家库的建立是开发系统的基础，对磨机所有的 报警进行统一的规划和整理后，分配了报警编号和分 组编号。报警编号和分组编号分别用于实时报警和报 警检索功能的实现。基于 PLC 和 HMI 开发了帮助系 统，利用 PLC 完成复杂的运算，不仅加快了检索速 度，同时也减轻了 HMI 负担。HMI 收纳了专家库的 所有内容并将其显示出来。实时报警的帮助信息可帮 助用户快速处理当前故障从而提高生产效率，增加经 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 编辑 翟晓华 破磨 46 济效益。报警的精准检索和模糊检索，可使磨机操作 员在拥有完整分组编号和未准确记住分组编号的情况 下获取帮助信息。 报警的帮助信息罗列了若干可能原因，但未能确 切地指出具体是其中的哪一个。分析若干报警和过程 变量的内在联系，得出其中的最初始诱因并提出解决 办法，是未来的一个研究和发展方向。 参 考 文 献 [1] 袁 铸，李名莉．基于小波分析的球磨机振动监测与故障诊 断 [J]．矿山机械，2019，471238-41. 图 6 模糊检索程序流程 Fig. 6 Flow chart of fuzzy searching program [2] 高慧慧，徐 圆，朱群雄．过程工业报警系统可视化监控技 术及应用 [J]．化工学报，2015，661215-221. [3] 臧 灏，李宏光，杨 帆，等．流程工业报警系统传统评估 方法分析及改进 [J]．化工学报，2014，65114459-4464. □ 收稿日期2020-01-03 图 5 模糊检索画面及弹出的帮助信息 Fig. 5 Fuzzy searching interface and pop-up help ination 万方数据