张剑锋
（莱钢集团自动化部，山东 莱芜 271104）
摘要：通过介绍故障报警系统在高炉的应用经验，对自动化控制系统中的故障报警技术进行了深入研究，并对自动化控制系统中故障报警的重要意义以及如何有效地获得故障报警信息作了一些探讨。
关键词：自控系统；故障报警；规范；高炉 中图分类号：TP277
0引言
随着现代化工业水平的不断提高，各种各样的工业自动化生产线应运而生，其故障报警系统在自动化控制系统中的作用尤为重要。当某一设备或某一环节出现问题时，报警系统就会发出报警，告知操作人员。但是长期以来报警系统的设计不规范，结构不合理，为了更好地发挥报警系统在保障生产中的作用，本文结合莱钢高炉生产中的应用实例，对报警系统的规范化提出一些建议。
1故障报警的分类
故障报警有很多种类型，鉴于其产生原因和作用方式的不同，可将其分为以下几种。
1.1按故障报警点的生成类型分类
1.1.1外部采集点报警
外部采集点报警是指PLC控制器直接从现场设备采集报警信号，如有些设备本身就有故障报警输出信号，当设备出现异常时，发出报警信号至PLC中。这类报警最常见的是变频器，当其发生故障后，会自动发出故障信号，告知PLC控制器故障原因。图1为外部点的采集示意图。
1.1.2 内部生成点报警
当程序员编写程序时，根据工艺需要，应对可能会发生的故障情况编写成程序内部生成点，这类报警信号直接由PLC控制器在运算中生成，当该信号点的触发条件满足后就会产生故障报警信号。例如热电阻和热电偶，PLC控制器采集温度信号后，在程序内定义一个温度过高的报警点，当温度达到设定值后发出报警，提醒操作人员注意。
内部生成点报警按其生成方式又可细分为：
(1)定值报警：通过设定固定数值，信号源以该数值为参考而产生的报警统称为定值报警。定值报警是最常用的报警结构，普遍应用于温度、压力、流量等监控系统中。
(2)差值报警：通过对不同信号源的数值进行比较，当差值超出一定范围后发出报警信号。例如某个压力测点，现场同时装有两套压力变送器，由于是在同一个测点，所以两个信号源的数值也大致相同，在程序中对采集的数据做了对比，如果两个信号源的测量值之差过大，就说明有一个设备出现了故障，则发出报警。
(3)过程式报警：现场的各种设备均由PLC控制，按照工艺流程运行，如果设备在运行过程中没有按照既定程式执行，监控程序发现异常后做出的报警就属于过程式报警。过程式报警的设计最为复杂，但是非常重要，往往可以对事故前兆做出判断，起到预警的作用。这种报警的应用前景非常广，可将其发展为故障自动诊断系统。
(4)异常操作式报警：操作人员在生产中不可避免地会发生误操作，这类报警的作用就是当系统监控到操作人员的违规操作后，及时提醒操作人员，阻止错误操作继续进行，避免事故发生。
图2为故障报警分类的结构关系图。
1.2按报警的作用方式分类
(1)联锁式报警：是指该报警点不但在监控画面上示警，还会影响与之联锁程序的运行情况，从而决定相关设备的运行状态。例如抽水泵向水池蓄水，当液位超过设定的液位高报警点时，程序发出报警，并且自动停止抽水泵。
(2)非连锁式报警：既不参与程序控制，也不影响现场设备的运行状态，当其触发后仅仅显示在监控画面中，提醒操作人员注意相关情况。
2故障报警的规范
一个优秀的故障报警系统应该具有准确性、实时性、开放性、可控性和记录性。这既取决于控制系统的硬件设计水平，同时也取决于控制系统的软件设计水平。
2.1 故障报警的准确性
优秀的故障报警系统可使各种报警信息在监控画面上一目了然，使操作人员在故障发生后可根据报警信息迅速了解故障源的位置和性质等。对于一定规模的自动化控制系统，现场中的每台设备都有若干故障点，都需要反映在监控画面上。如果在设计报警监控画面时没有合理的组织结构，会使画面非常混乱，不利于发生故障后迅速找到故障点。为此应该按照分层次、分区域、分组、分设备的原则设计故障报警系统。
分层次也就是分级，按故障报警的严重程度将其分成若干等级，但分级不易过多，过多会增加查看的时间，也会使报警系统过于复杂，一般分成两级即可，将几个非常重要的、会造成严重后果的故障报警集中在一处，剩下的则按分区域、分组、分设备细分即可。
在较为庞大的自控系统中，设备众多，工艺复杂，区域分布广，这就需要按一定的区域划分，一般的监控画面会分为多个子画面，每个子画面控制一个区域，因此，我们只需按子画面的控制区域划分报警点即可。
分组就是在分区域后将某一区域内功能相近的设备再细分成若干个组，便于更好地监控这些设备的故障报警情况。在一起，以方便了解发生故障的设备名称和
2.2 故障报警的实时性
所谓实时性，其核心含义在于可靠性。故障报警的方式有很多种，若完成同样的报警动作，有的时候快，有的时候慢，操作人员无法把握，可靠性就无法保证。这就需要程序设计人员在设计报警时不能一味追求功能强大，结构复杂，而是要以简单实用为主，程序结构逻辑清晰，画面简洁，一目了然。
2.3故障报警的开放性
开放性是自控系统技术发展的必然趋势，报警系统的开放性是指针对一个或多个控制系统，可使其在不同岗位、不同地理位置之间共享报警信息，针对各自使用信息的目的，对报警做出不同的处理。因此，开放性就是系统外联的广泛性、系统互联的任意性的一种体现。开放性技术不仅能使操作员明白当前故障报警的位置，还能让第三方软件自动记录下来，对故障做出进一步的统计分析处理。
2. 4故障报警的可控性
好的报警系统应该有一个优秀的交互界面。用以修改报警系统的参数设置，报警的结构组成和监控画面虽然是程序员设计的，但在实际使用过程中，初始设计时定义的一些参数可能会因为生产情况的变化而需要做出相应的改变。另外，在突发情况下，特别是设备检修时，一些既定的程序模式将无法满足要求，这时就需要把对应的故障报警暂时关掉，一些联锁式报警信号经常会遇到这种情况。
虽然这样的交互界面在程序设计时会给程序员带来额外的工作量，但会使以后的生产维护方便简单很多，因此是非常必要的。
2. 5 故障报警的记录性
故障报警功能中的一个重要作用就是及时准确完整地记录故障源的各种动作信息及事故象征，这是调度值班员和生产人员用做事故分析和处理的重要依据。通过开发数据库，实现报警信息的历史记录故障次数统计、故障时间累计等一系列的数据查询。系统充分利用这些特征信息，对其进行提炼、融合、整理，以方便后台维护人员使用。
3故障报警的应用实例
莱钢1 000 m3高炉自控系统采用施耐德Quantum系列控制系统，上位机监控系统采用MonitorProv7.2软件，程序开发软件使用Concept v2.6，并且使用MSSQL SERVER 2000企业版开发了生产作业数据库。
上位机监控画面上有专门的故障显示查询画面，对故障报警信息进行筛选、整合，在人机交互过程中进一步提高信息的准确性，利用视觉、声音等方式，多角度、多层次地向用户传达故障报警信息，利用WEB网页的形式向需要得到故障信息的部门和人员传达，便于对故障信息进行分类、查询、存档。
3.1差值报警应用实例
炉顶料罐压力检测在日常生产中占有很重要的地位，如果出现故障会无法正确检测料罐压力，将导致受料斗中的原料无法进入料罐中，同时料罐中已有的炉料不能顺利向炉内布放，直接影响到布料的顺利进行。因此，在现场中同时安装两套压力变送器，取两个压力检测点，平时两套设备同时工作，一用一备，并对其做差值报警，如果两个信号源的测量值之差过大，则说明有一台压力变送器出现了故障，这时系统发出报警信号，并及时切换到备用设备，提高了整体系统的可靠性。
图3为炉顶料罐压力异常报警界面。
3.2过程式报警应用实例
高炉在生产过程中，料面是随着时间而下降的，为了探测料面形状、料线下降速度及发出启动布料程序的指令而设置探尺装置，一次完整的探尺作业流程包括放尺、浮尺、提尺、停尺。在一次事故中，探尺放下后接着提尺，未能探测到料面情况，导致布料间隔周期过短，幸亏发现及时未造成严重影响，为此在控制程序中设计了对探尺作业流程监控的报警，如果探尺作业流程不完整会及时发出报警，并联锁控制其他设备，等待操作人员解决问题。
4经验总结
故障报警系统的设计需要考虑周全，既要详实反映出现场各设备的故障情况，又要能提前想到一些可能出现的故障，未雨绸缪。但是面面俱到，过于复杂的设计也是不可取的。因此在设计之初就应该从全局考虑，制定一个合理的系统结构，分出轻重缓急，设计出良好的交互界面，才能更好地发挥故障报警系统的作用。
5 结束语
随着技术的进步，优秀的故障报警系统还具有一些其他的重要功能，如数据库查询功能、故障自动修复能力等，这些功能都将使故障报警更加多样化和智能化，从而能尽早察觉系统异常的各种症状并快速反应，把问题解决于萌芽之中，最终提高自控系统的可靠性和稳定性。
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