设备工作故障诊断在LFVD精炼炉中的应用

1、设备工作故障诊断在LF/VD精炼炉中的应用黄玖明郭志雄毕其富Application of Equipment Working-Fault Diagnosingin LF/VD Refining FurnaceHuang Jiuming, Guo Zhixiong and Bi Qifu(Daye Special Steel Corp Ltd, Huangshi 435001)当前，生产设备正向大型化、复杂化、自动化的方向发展，大型生产设备的自动控制将越来越依赖于分布式计算机系统。但是，自动化功能的增强是以控制点的增多为前提的，这就给设备的维护工作增加了难度。设备发生故障，仅靠经验判断确定故障原

2、因，显然是很困难的，也是不科学的。故障原因查找时间的延长，不但大大增加了维修人员的劳动强度，还会造成设备停工、产量降低、消耗升高等一系列问题，严重影响设备开动率。所以，找出一种普遍的、行之有效的故障诊断方法，已成为现代大型设备自动化系统设计中亟待解决的问题。1电气元件故障诊断方法的探讨PLC程序中所涉及的电气元件主要有：按钮、开关、线圈机构、位置检测元件和过程量检测元件等。由于按钮和开关一般都设置在操作台上，并有指示灯指示操作是否到位，它们是否损坏很容易检查出来。本文主要讨论对位置检测元件、过程量检测元件和线圈机构的故障诊断。所采用的编程语言是西门子STEP5。1.1位置检测元件位置检测元件主

3、要有行程开关、限位开关、接近开关等，用于控制执行机构的行程，其触点的接通/断开反映了相关设备部件所处的位置。利用某两个位置检测元件不可能同时闭合或断开这一条件为依据，通过PLC编程来诊断它们有无损坏。例如：LF炉的炉盖上、下限位开关，是不可能同时闭合的，即炉盖不可能既在最高位置又在最低位置。假设上限位输入点为I7.0，下限位输入点为I7.1，炉盖“提升”动作电磁阀线圈输出点为Q10.0，“下降”为Q10.1，F180.0、F180.1、F180.2和F180.3为标志位，则可编程诊断如下：不难看出，如果标志位F180.0的值为1，则表示I7.0或I7.1这两个行程开关中的某一个已经损坏。更进一

4、步，如果F180.2为1，表示下限位开关I7.1损坏；F180.3为1，表示上限位开关I7.0损坏。其中F180.1的作用是“记忆”最近一次的炉盖运动方向。1.2过程量检测元件生产中常用的过程量检测元件包括流量计、温度计、压力计等。这些元件一般用于测量设备工作所使用的液体或其他介质的参数，如冷却水的温度、液压油和压缩空气的压力等。要对此类元件进行故障诊断，将它们的测量值与一些实际上不可能达到的值进行比较，如果超出其可能的范围之外，即可视为该元件损坏。例如水的温度不可能在0100 范围之外等。诊断的结果同样存储在某一标志位中，将来可作为设备动作的联锁条件。1.3线圈机构线圈机构包括线圈和动作机构

5、，它们用于接通或切断执行机构的动力源。通过编程，对线圈动作机构进行诊断，判断其是否损坏。例如，某线圈输出点为Q2.0，动作机构吸合到位输入点为I2.0，T15为接通延时计时器，F150.1为标志位，编程如下：如果线圈动作机构无故障，则在线圈输出2 s内，开始时Q2.0为1，I2.0为0，计时器T15有输出，F150.1为0；一旦动作机构到位，I2.0变为1，T15将停止响应，F150.1的值为0。若由于线圈动作机构卡死，造成吸合不到位，当Q2.0有输出时，计时器启动输入端将一直为1；2 s内T15有响应，F150.1为0.2s后，T15将复位，F150.1的值变为1。因此，根据标志F150.1

6、的值即可判断出该线圈动作机构是否有故障。 1.4动作联锁条件的检查如前所述，故障诊断的过程其实就是对“动作联锁条件”的取值进行检查的过程，故障诊断及其结果显示最终要靠软件来实现，由于所有“动作联锁条件”的取值都存储在PLC的内存块中，但PLC系统本身并不能实现这一功能。为此必须增加一台用于故障诊断和显示的计算机，并建立该计算机与PLC之间的通讯。同时，这台计算机上应该运行一个用于故障诊断与结果显示的软件，它能实时地从PLC获得有关“动作联锁条件”的数据，并对条件取值是否符合动作要求进行判断，最终提供给用户直观的、显示诊断结果的人机界面。 2LF/VD炉设备工作故障诊断功能的实现LF/VD钢包精

7、炼炉是冶钢四炼钢厂1996年从意大利DANIELI公司引进的钢水精炼设备，其自动化功能由分布式计算机系统完成，自动化程度高。但是，由于软件设计方面的不足，其自动化系统不能提供对设备工作故障进行诊断的功能，给设备维护工作带来了极大的不便。2.1自动化系统简介图1为LF/VD炉自动化系统网络拓扑结构。图1LF/VD炉自动化系统网络拓扑结构Fig.1Net topology structure of automation system for LF/VD Furnace如图所示，这是一个分布式计算机控制系统，Ethernet和西门子SINEC H1分时复用一条母线电缆。四套西门子S5-135 U P

8、LC完成设备的控制，而四台MMI(人机接口)工作站则实现对设备的监视，它们之间通过H1网进行数据通讯。过程控制机、工程师工作站以及化验室计算机之间由Ethernet(以太网)相连，主要完成工艺过程控制及有关模型的计算1。在这套系统中，作为普通的PC机，MMI之所以具有设备监控功能，是因为在它的操作系统之上，运行着设备监控软件。该软件是采用FactoryLink IV for Windows 软件开发的，它能够通过西门子H1网，从PLC获得现场设备当前的状态数据，包括部件的位置和物理介质的过程值等，这些状态数据分别以特定的名字(TAG，称其为元素或变量)存储在软件所建立的实时数据库中1。软件运行

9、时，这些元素的值(设备部件位置或过程值)按照程序要求的方式被反映在监视画面中，而且它们是定期刷新的。所以，操作人员能够从监控软件的视频画面中了解设备当前的状态，对设备进行监视。2.2故障诊断功能的实现由于各PLC与MMI之间的通讯已经建立，所以，可以在不增加任何硬件的情况下，在MMI的监控软件中实现设备工作故障的诊断与结果显示。具体的完成步骤如下：(1) 对设备的具体动作，修改有关的PLC控制程序，增加对电气元件的故障诊断程序，将结果作为该动作的联锁条件，加入到控制动作输出的程序段中。(2) 修改PLC与MMI的通讯软件，使之能将诊断所需的动作联锁条件传送到MMI监控软件的实时数据库中。(3)

10、 使用FactoryLink IV for Windows软件编程，修改MMI监控程序，将设备工作故障诊断与结果显示的人机界面加入到该软件中。2.3效果修改后的MMI设备监控软件运行正常，如果设备发生故障，操作人员可以打开相应的故障诊断界面，直观地找到故障原因及具体的故障点，从而及时地予以排除。软件中所有的故障诊断界面与原有的设备监视界面一样，可以自由地进行打开、关闭和切换，操作非常方便。该软件已用于LF/VD炉的生产中，效果很好，获得了有关技术人员的一致好评，弥补了LF/VD炉自动化系统功能的缺陷，为大冶特钢股份有限公司经济效益的提高发挥了重要作用。3结束语根据设备的具体动作，分析相关的可编程序控制器控制程序，并对设备动作的联锁条件进行检查，所有不满足程序输出要求的条件，即为故障原因，与之相对应的电气元件就是实际的故障点。在冶钢四炼钢厂LF/VD钢包精炼炉中的实际应用证明，文中所提出的设备工作故障诊断方法是可行、可靠的