高爐故障報警系統(tǒng)的規(guī)范化與應用
張劍鋒
（萊鋼集團自動化部，山東 萊蕪 271104）
摘要：通過介紹故障報警系統(tǒng)在高爐的應用經驗，對自動化控制系統(tǒng)中的故障報警技術進行了深入研究，并對自動化控制系統(tǒng)中故障報警的重要意義以及如何有效地獲得故障報警信息作了一些探討。
關鍵詞：自控系統(tǒng)；故障報警；規(guī)范；高爐 中圖分類號：TP277
0引言
隨著現代化工業(yè)水平的不斷提高，各種各樣的工業(yè)自動化生產線應運而生，其故障報警系統(tǒng)在自動化控制系統(tǒng)中的作用尤為重要。當某一設備或某一環(huán)節(jié)出現問題時，報警系統(tǒng)就會發(fā)出報警，告知操作人員。但是長期以來報警系統(tǒng)的設計不規(guī)范，結構不合理，為了更好地發(fā)揮報警系統(tǒng)在保障生產中的作用，本文結合萊鋼高爐生產中的應用實例，對報警系統(tǒng)的規(guī)范化提出一些建議。
1故障報警的分類
故障報警有很多種類型，鑒于其產生原因和作用方式的不同，可將其分為以下幾種。
1.1按故障報警點的生成類型分類
1.1.1外部采集點報警
外部采集點報警是指PLC控制器直接從現場設備采集報警信號，如有些設備本身就有故障報警輸出信號，當設備出現異常時，發(fā)出報警信號至PLC中。這類報警最常見的是變頻器，當其發(fā)生故障后，會自動發(fā)出故障信號，告知PLC控制器故障原因。圖1為外部點的采集示意圖。
1.1.2 內部生成點報警
當程序員編寫程序時，根據工藝需要，應對可能會發(fā)生的故障情況編寫成程序內部生成點，這類報警信號直接由PLC控制器在運算中生成，當該信號點的觸發(fā)條件滿足后就會產生故障報警信號。例如熱電阻和熱電偶，PLC控制器采集溫度信號后，在程序內定義一個溫度過高的報警點，當溫度達到設定值后發(fā)出報警，提醒操作人員注意。
內部生成點報警按其生成方式又可細分為：
(1)定值報警：通過設定固定數值，信號源以該數值為參考而產生的報警統(tǒng)稱為定值報警。定值報警是最常用的報警結構，普遍應用于溫度、壓力、流量等監(jiān)控系統(tǒng)中。
(2)差值報警：通過對不同信號源的數值進行比較，當差值超出一定范圍后發(fā)出報警信號。例如某個壓力測點，現場同時裝有兩套壓力變送器，由于是在同一個測點，所以兩個信號源的數值也大致相同，在程序中對采集的數據做了對比，如果兩個信號源的測量值之差過大，就說明有一個設備出現了故障，則發(fā)出報警。
(3)過程式報警：現場的各種設備均由PLC控制，按照工藝流程運行，如果設備在運行過程中沒有按照既定程式執(zhí)行，監(jiān)控程序發(fā)現異常后做出的報警就屬于過程式報警。過程式報警的設計最為復雜，但是非常重要，往往可以對事故前兆做出判斷，起到預警的作用。這種報警的應用前景非常廣，可將其發(fā)展為故障自動診斷系統(tǒng)。
(4)異常操作式報警：操作人員在生產中不可避免地會發(fā)生誤操作，這類報警的作用就是當系統(tǒng)監(jiān)控到操作人員的違規(guī)操作后，及時提醒操作人員，阻止錯誤操作繼續(xù)進行，避免事故發(fā)生。
圖2為故障報警分類的結構關系圖。
1.2按報警的作用方式分類
(1)聯(lián)鎖式報警：是指該報警點不但在監(jiān)控畫面上示警，還會影響與之聯(lián)鎖程序的運行情況，從而決定相關設備的運行狀態(tài)。例如抽水泵向水池蓄水，當液位超過設定的液位高報警點時，程序發(fā)出報警，并且自動停止抽水泵。
(2)非連鎖式報警：既不參與程序控制，也不影響現場設備的運行狀態(tài)，當其觸發(fā)后僅僅顯示在監(jiān)控畫面中，提醒操作人員注意相關情況。
2故障報警的規(guī)范
一個優(yōu)秀的故障報警系統(tǒng)應該具有準確性、實時性、開放性、可控性和記錄性。這既取決于控制系統(tǒng)的硬件設計水平，同時也取決于控制系統(tǒng)的軟件設計水平。
2.1 故障報警的準確性
優(yōu)秀的故障報警系統(tǒng)可使各種報警信息在監(jiān)控畫面上一目了然，使操作人員在故障發(fā)生后可根據報警信息迅速了解故障源的位置和性質等。對于一定規(guī)模的自動化控制系統(tǒng)，現場中的每臺設備都有若干故障點，都需要反映在監(jiān)控畫面上。如果在設計報警監(jiān)控畫面時沒有合理的組織結構，會使畫面非常混亂，不利于發(fā)生故障后迅速找到故障點。為此應該按照分層次、分區(qū)域、分組、分設備的原則設計故障報警系統(tǒng)。
分層次也就是分級，按故障報警的嚴重程度將其分成若干等級，但分級不易過多，過多會增加查看的時間，也會使報警系統(tǒng)過于復雜，一般分成兩級即可，將幾個非常重要的、會造成嚴重后果的故障報警集中在一處，剩下的則按分區(qū)域、分組、分設備細分即可。
在較為龐大的自控系統(tǒng)中，設備眾多，工藝復雜，區(qū)域分布廣，這就需要按一定的區(qū)域劃分，一般的監(jiān)控畫面會分為多個子畫面，每個子畫面控制一個區(qū)域，因此，我們只需按子畫面的控制區(qū)域劃分報警點即可。
分組就是在分區(qū)域后將某一區(qū)域內功能相近的設備再細分成若干個組，便于更好地監(jiān)控這些設備的故障報警情況。在一起，以方便了解發(fā)生故障的設備名稱和
2.2 故障報警的實時性
所謂實時性，其核心含義在于可靠性。故障報警的方式有很多種，若完成同樣的報警動作，有的時候快，有的時候慢，操作人員無法把握，可靠性就無法保證。這就需要程序設計人員在設計報警時不能一味追求功能強大，結構復雜，而是要以簡單實用為主，程序結構邏輯清晰，畫面簡潔，一目了然。
2.3故障報警的開放性
開放性是自控系統(tǒng)技術發(fā)展的必然趨勢，報警系統(tǒng)的開放性是指針對一個或多個控制系統(tǒng)，可使其在不同崗位、不同地理位置之間共享報警信息，針對各自使用信息的目的，對報警做出不同的處理。因此，開放性就是系統(tǒng)外聯(lián)的廣泛性、系統(tǒng)互聯(lián)的任意性的一種體現。開放性技術不僅能使操作員明白當前故障報警的位置，還能讓第三方軟件自動記錄下來，對故障做出進一步的統(tǒng)計分析處理。
2. 4故障報警的可控性
好的報警系統(tǒng)應該有一個優(yōu)秀的交互界面。用以修改報警系統(tǒng)的參數設置，報警的結構組成和監(jiān)控畫面雖然是程序員設計的，但在實際使用過程中，初始設計時定義的一些參數可能會因為生產情況的變化而需要做出相應的改變。另外，在突發(fā)情況下，特別是設備檢修時，一些既定的程序模式將無法滿足要求，這時就需要把對應的故障報警暫時關掉，一些聯(lián)鎖式報警信號經常會遇到這種情況。
雖然這樣的交互界面在程序設計時會給程序員帶來額外的工作量，但會使以后的生產維護方便簡單很多，因此是非常必要的。
2. 5 故障報警的記錄性
故障報警功能中的一個重要作用就是及時準確完整地記錄故障源的各種動作信息及事故象征，這是調度值班員和生產人員用做事故分析和處理的重要依據。通過開發(fā)數據庫，實現報警信息的歷史記錄故障次數統(tǒng)計、故障時間累計等一系列的數據查詢。系統(tǒng)充分利用這些特征信息，對其進行提煉、融合、整理，以方便后臺維護人員使用。
3故障報警的應用實例
萊鋼1 000 m3高爐自控系統(tǒng)采用施耐德Quantum系列控制系統(tǒng)，上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用MonitorProv7.2軟件，程序開發(fā)軟件使用Concept v2.6，并且使用MSSQL SERVER 2000企業(yè)版開發(fā)了生產作業(yè)數據庫。
上位機監(jiān)控畫面上有專門的故障顯示查詢畫面，對故障報警信息進行篩選、整合，在人機交互過程中進一步提高信息的準確性，利用視覺、聲音等方式，多角度、多層次地向用戶傳達故障報警信息，利用WEB網頁的形式向需要得到故障信息的部門和人員傳達，便于對故障信息進行分類、查詢、存檔。
3.1差值報警應用實例
爐頂料罐壓力檢測在日常生產中占有很重要的地位，如果出現故障會無法正確檢測料罐壓力，將導致受料斗中的原料無法進入料罐中，同時料罐中已有的爐料不能順利向爐內布放，直接影響到布料的順利進行。因此，在現場中同時安裝兩套壓力變送器，取兩個壓力檢測點，平時兩套設備同時工作，一用一備，并對其做差值報警，如果兩個信號源的測量值之差過大，則說明有一臺壓力變送器出現了故障，這時系統(tǒng)發(fā)出報警信號，并及時切換到備用設備，提高了整體系統(tǒng)的可靠性。
圖3為爐頂料罐壓力異常報警界面。
3.2過程式報警應用實例
高爐在生產過程中，料面是隨著時間而下降的，為了探測料面形狀、料線下降速度及發(fā)出啟動布料程序的指令而設置探尺裝置，一次完整的探尺作業(yè)流程包括放尺、浮尺、提尺、停尺。在一次事故中，探尺放下后接著提尺，未能探測到料面情況，導致布料間隔周期過短，幸虧發(fā)現及時未造成嚴重影響，為此在控制程序中設計了對探尺作業(yè)流程監(jiān)控的報警，如果探尺作業(yè)流程不完整會及時發(fā)出報警，并聯(lián)鎖控制其他設備，等待操作人員解決問題。
4經驗總結
故障報警系統(tǒng)的設計需要考慮周全，既要詳實反映出現場各設備的故障情況，又要能提前想到一些可能出現的故障，未雨綢繆。但是面面俱到，過于復雜的設計也是不可取的。因此在設計之初就應該從全局考慮，制定一個合理的系統(tǒng)結構，分出輕重緩急，設計出良好的交互界面，才能更好地發(fā)揮故障報警系統(tǒng)的作用。
5 結束語
隨著技術的進步，優(yōu)秀的故障報警系統(tǒng)還具有一些其他的重要功能，如數據庫查詢功能、故障自動修復能力等，這些功能都將使故障報警更加多樣化和智能化，從而能盡早察覺系統(tǒng)異常的各種癥狀并快速反應，把問題解決于萌芽之中，最終提高自控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
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