一种生产线设备运转状态实时检查方法

技术领域

本发明涉及生产线自动化控制技术领域，尤其涉及一种生产线设备运转状态实时检查方法。

背景技术

钢铁企业车间生产线通常由机械、电气、仪表等设备构成，由PLC/DCS系统进行控制，设备运行状态的显示和操控由操作人员通过HMI画面进行，常规产线状态、设备状态内容的显示，通过PLC/DCS程序和HMI画面中编制完成。然而，并不是所有产线及设备异常状态信息都能够自动的检查和提示，很多的异常状态信息需要由操作人员调用相应的HMI画面后才能发现，操作人员很少能从早期的征兆中发现异常状态信息，导致发生设备故障。为了使异常状态信息能够被自动发现，通常采取通过修改原PLC/DCS程序完成，修改原PLC/DCS程序工作量大，还需要在设备处于停机状态下进行，危机生产安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产线设备运转状态实时检查方法，无需修改原PLC/DCS程序，可以随时、灵活地自定义检查逻辑，实时按照检查逻辑判断设备是否正常，对检查出来的异常信息进行报警，以提早发异常点并及时处理。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种生产线设备运转状态实时检查方法，编制生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块、生产线设备运行状态实时运行模块、生产线设备运行状态报警模块、生产线设备运行状态历史数据查询模块，具体包括以下步骤：

S1、编制生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块，用于提供软件界面，供使用者对检查逻辑的记录表进行维护，通过记录表的形式，将检查逻辑定义为数据记录，检查逻辑的记录表包括时间轴横向检查表和时间轴纵向检查表；

S2、编制生产线设备运行状态实时运行模块，具体包括以下步骤；

S21、按照一个固定周期反复循环地执行检查程序，每次一个检查周期，先执行生产线设备实际数据的采集，再进行步骤S23和步骤S24中的检查逻辑的执行和判断；

S22、每次采集时，将变量参数名数组中的每一个变量的实际数据全部采集出来，形成一个与变量参数数组一一对应的实际值数组，即所有实际数据采集工作一次性采集完毕，逻辑判断通过变量参数名称查询到已经保存的数据；

S23、进行时间轴横向检查；检查同一时刻生产线上不同数据之间的逻辑关系是否正常；

S24、进行时间轴纵向检查；检查生产线上不同数据经过一个时间后的变化逻辑关系是否正常；

S25、报警输出；如果检查发现异常，记录异常数据到数据库中，调用生产线设备运行状态报警模块发出报警信息。

S3、编制生产线设备运行状态报警模块，内容如下：

编制的客户端程序以图标、文字或颜色的形式，标注每条检查逻辑是否正常；

通过编程调用即时通讯工具提供远程API接口，调用接口时传入的参数中包含报警信息文字，报警信息实时传送到手机端；

S4、编制生产线设备运行状态历史数据查询模块，内容如下：

当生产线设备运行状态报警模块检查到异常时，会向数据库的报警信息表中记录相应信息，报警信息表中包含了检查逻辑的名称或ID，通过编制查询窗体程序，将全部或者特定检查逻辑名字或ID的报警信息显示出来。

步骤S1中，时间轴横向检查表包括检查名称、逻辑公式、条件公式、报警信息、编制有效状态标记的字段，具体包括以下步骤：

S111、编制检查名称，用于说明定义的检查逻辑的用途或名称；

S112、编制逻辑公式，内容如下：

逻辑公式基于VBScript语法，逻辑公式包括四则运算公式以及数学函数，其中需要采集的现场实际数据由一对中括号作为特殊标记括起来的变量地址或变量名称表示，逻辑公式经过解析计算后返回的是一个逻辑值，逻辑值为真或假，0或1；当逻辑值为真时，检查结果为1或真时为检查正常；当逻辑值为0或假时为检查异常，需要后续报警并记录；

S113、编制条件公式；与步骤S12中，编制逻辑公式一致，在生产线设备运行状态实时运行模块执行时，首先检查条件公式是否满足，当条件公式满足后才检查逻辑公式是否正确，条件公式不是必须的，可以不设定，也就是任何条件下都执行步骤S2逻辑公式的检查；

S114、编制报警信息；当生产线设备运行状态实时运行模块执行当前检查逻辑公式结果为0或假时，用于向外发送报警信息文字描述信息；

S115、编制有效状态标记；有效状态标记包括有效的记录状态和无效的记录状态，有效的记录状态表示在生产线设备运行状态实时运行模块中被执行，无效的记录状态表示不在生产线设备运行状态实时运行模块中被执行。

步骤S1中，时间轴纵向检查表包括检查名称、参考公式、反馈公式、时间上限、时间下限、检查类型的字段，具体包括以下步骤：

S121、编制检查名称，用于说明定义的检查逻辑的用途或名称；

S122、编制参考公式；与步骤S12中的编制逻辑公式和步骤S13中的编制条件公式一致，生产线设备运行状态实时运行模块中，当参考公式解析后的数值由0或假，变为1或真时开始计时；

S123、编辑反馈公式；与步骤S12编制逻辑公式和步骤S13编制条件公式一致，当反馈公式解析后的数值由0或假，变为1或真时，生产线设备运行状态实时运行模块检查条目结束计时，并比对S19和S20设定的上下限时间，在范围内即为正常，否则为异常，报警并记录；

S124、编制下限时间：从一个参考指令发出到反馈信号收到所用的执行时间的最小值为下限时间；

S125、编制上限时间：从一个参考指令发出到反馈信号收到所用的执行时间的最大值为上限时间；

S126、检查类型包括合理时长、重复周期、变化斜率、呆滞时长，具体步骤如下：

S1261、合理时长：参考公式逻辑计算值，反馈公式逻辑计算值的变化是否在一个合理的时间范围内，如果未在时间范围内，判断数据异常，异常时记录异常数据，发出报警；

S1262、重复周期：反馈公式逻辑计算值在一个设定周期内是否重复出现过，如果未出现过，判断数据异常，异常时记录异常数据，发出报警；

S1263、变化斜率：用于计算前后两次循环检查时间的反馈公式逻辑计算值的差值与时间间隔的商，得出斜率，是否在合理范围内，如果不在合理范围内，记录异常数据，发出报警；

S1264、呆滞时长：用于检查一个反馈公式逻辑计算值在设定时间内是否发生过变化，如果未发生过变化，判断数据异常，记录异常数据，发出报警。

步骤S3中，即时通讯工具包括企业微信、钉钉、蓝信。

步骤S23中，逻辑关系为：一个或多个数据经过自定义数学公式计算后进行比较的结果。

步骤S24中，变化逻辑关系为：一个或多个数据经过自定义数学公式计算，从起始状态到经过一段时间后的状态，前后两种状态进行比较的结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块，事先自定义若干条检查逻辑；

2、自定义的检查逻辑的内容可以随时增加、修改、删除，不需要重新修改、编译和下载PLC/DCS系统程序；

3、自定义的检查逻辑中可以使用各种四则运算以及数学函数高级功能，以满足复杂的检查逻辑；

4、实时采集PLC/DCS中设备状态数据数值，周期执行按照检查逻辑，判断设备运行状态，对检查结果出来的异常信息进行报警，采集速度很快，便于操作。

附图说明

图1是一种生产线设备运转状态实时检查方法的系统框图。

图2是提取需要采集数据数值的地址列表流程示意图。

图3是时间轴横向检查流程图。

图4是时间轴纵向检查流程图。

图5是实例中时间轴横向检查产线设备状态图。

图6是实例中时间轴纵向检查产线设备状态图。

图7是实例中时间轴横向检查设定程序界面图。

图8是实例中时间轴纵向检查设定程序界面图。

图9是实例中系统查看历史检查异常信息的程序界面图。

图10是实例中报警信息通过报警模块发送到工作群示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

见图1～10，一种生产线设备运转状态实时检查方法，包括生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块、生产线设备运行状态实时运行模块、生产线设备运行状态报警模块、生产线设备运行状态历史数据查询模块，首先通过生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块事先自定义若干条检查逻辑，一条检查逻辑是由检查名称、带有变量参数的逻辑公式，条件公式、参考公式、反馈公式、时间上线、时间下限等信息，检查逻辑脱离程序外，可以随时新增、修改或删除，在实时检查过程中首先要读取PLC/DCS中相关产线实际数据数值并传送至上文提到的逻辑公式、条件公式、参考公式、反馈公式的变量参数中，用实际数值替换变量参数后的逻辑公式、条件公式、参考公式、反馈公式，就可以解析出表示真或假(1或0)的逻辑值，再通过生产线设备运行状态检查实时运行模块中设计的检查流程和功能对各条检查逻辑进行判断，进而判断设备运行状态，对检查结果出来的异常信息进行报警；其中检查逻辑分为时间轴横向和时间轴纵向两个维度的检查功能，所谓时时间轴横向检查是指同一时刻生产线上不同数据之间的逻辑关系是否正常，所谓时间轴横向检查是指生产线上不同数据经过一个时间后的变化逻辑关系是否正常；方法具体包括以下步骤：

S1、编制生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块，通过记录表的形式，将检查逻辑定义为数据记录,，检查逻辑记录表包括时间轴横向检查表(其中包含检查名称、逻辑公式、条件公式、报警信息、有效状态等字段)和时间轴纵向检查表(其中包含检查名称、参考公式、反馈公式、时间上限、时间下限、报警信息、有效状态标记等字段)，生产线设备运行状态实时运行模块会根据这两张表中定义的相关信息进行程序的逻辑流程判断。生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块是提供一个软件界面，供使用者对这些检查逻辑定义数据记录的进行维护，包括检查逻辑定义数据的增加、删除、修改、查看等基本功能，具体包括以下步骤：

S11、编制时间轴横向检查表，时间轴横向检查表包括检查名称、逻辑公式、条件公式、报警信息、有效状态标记等基本信息，具体包括以下步骤：

S111、编制检查名称：用于说明定义的这一条检查逻辑的用途或名称；例如，6#张力辊1#辊速度检查，其中6#张力辊组由四根辊子组成，正常生产时，四根辊子的线速度基本一致，可以通过以其他三根辊子速度为标准检查该辊速度是否正常；

S112、编制逻辑公式：基于VBScript语法的逻辑公式(可以使用各种四则运算以及数学函数等高级功能)，其中需要采集的现场实际数据由一对中括号作为特殊标记括起来的变量地址或变量名称表示，后期由运行模块采集真实数据后将其整体替换，最终逻辑公式经过解析计算后返回的是一个逻辑值，逻辑值为真或假，0或1；当逻辑值为真时，检查结果为1或真时为检查正常；当逻辑值为0或假时为检查异常，需要后续报警并记录；例如，逻辑公式设定为：ABS(([N11B38]-([N11B39]+[N11B3A]+[N11B3B])/3))<10解释：6#张力辊1#辊子运转速度与其他三根辊子运行速度平均值的差值，正常应该小于10米/分钟，如果大于这个值将报警；其中一对中括号[]以及其中的地址是实际应用的地址名称，[N11B38]代表6#张力辊1#辊辊速，[N11B39]代表6#张力辊2#辊辊速，[N11B3A]代表6#张力辊3#辊辊速，[N11B3B]代表6#张力辊4#辊辊速，ABS代表绝对值函数，在实时运行模块运行时会用实际数值来替换，又如，四根辊子速度分别是150，151，150，150，替换后的逻辑公式变为ABS((150-(151+150+150)/3))<10，解析这个逻辑关系的结果为真，也就是正常，代表6#张力辊1#辊速度正常，反之如果1#辊速度异常，替换后逻辑公式为解析后的结果为假，也就是异常：代表6#张力辊1#辊速度异常，发出报警或记录；

S113、编制条件公式：与逻辑公式定义方式一致，在实时运行模块执行时，首先检查条件公式是否满足，当条件满足后才检查逻辑公式是否正确，条件公式不是必须的，可以不设定，也就是任何条件下都执行S2逻辑公式的检查，例如：[N11B01]>150解释：其中[N11B01]代表轧机出口速度，在实时运行模块运行时，会用轧机出口数据进行替；当轧机出口速度大于150米/分钟后，才检查步骤S112中逻辑公式是否正确，否则条件不满足就不检查S2中逻辑公式；

S114、编制报警信息：当实时运行模块执行当前检查逻辑公式结果为0或假时，用于向外发送报警信息文字描述信息；

S115、编制有效状态标记：记录为有效的记录在实时运行模块中被执行，标记为无效的记录不在实时运行模块中执行，也就是暂时不用，以后改为有效后可以在此投入检查；

S12、编制时间轴纵向检查表，时间轴纵向检查表包括检查名称、参考公式、反馈公式、时间上限、时间下限、报警信息、有效状态标记的基本信息，具体包括以下内容：

S121、编制检查名称：用于说明定义的这一条检查逻辑的用途或名称。例如：1#步进梁提升检查；

S122、编制参考公式：参考可以理解为指令或者设定。与时间轴横向检查表中提到的逻辑公式和条件公式的编制方式和格式一致，根据步骤S126内容中检查类型不同，有不同的含义，以步骤S126中设定合理时长为例，例如：[N11810|C]＝1，解释：入口步进梁提升参考指令，当参考公式解析后的数值由0(假)，变为1(真)时，实时运行模块对这个检查项目开始计时；

S123、编辑反馈公式：与时间轴横向检查表中提到的逻辑公式和条件公式的编制方式和格式一致，例如：[N11810|8]＝1，解释：用于检测入口步进梁提升到位的接近开关信号，当反馈公式解析后的数值由0(假)，变为1(真)时，实时运行模块对这个检查项目结束计时；

S124、编制下限时间：以秒为单位的设定下限，根据内容26)中检查类型不同，有不同的含义，以步骤S126中设定合理时长为例，代表从一个参考指令发出到反馈信号收到，这个执行时间应该在一个合理的下限范围，否则就是异常；例如：5，解释：步进梁提升从开始到结束至少要大于5秒；

S125、编制上限时间：以秒为单位的设定上限，根据内容126)中检查类型不同，有不同的含义，以步骤S126中设定合理时长为例，代表从一个参考指令发出到反馈信号收到，这个执行时间应该在一个合理的上限范围，否则就是异常；录入：12，解释：步进梁提升从开始到结束最多不能超过12秒；

S126、检查类型分为：合理时长、周期重复、变化斜率、呆滞时长等几种类型，具体包括如下步骤：

S1261、检查类型：合理时长的意义，一个设备动作从一个状态运行到另一个状态通常都有一个合理的时间范围，该检查类型就是针对这种情况进行检查，即所谓合理时长，这里不单只设备动作，任何数据的变化从一个状态到另一个状态如果存在一个合理的时间范围，都可以进行定义和检查。具体是从PLC/DCS系统检查一个参考指令上升沿开始计时，例如，启动一个液压缸动作的指令，从无到有，经过一定时间，PLC/DCS系统检查到反馈信号，反馈信号由用于检查液压缸执行是否到位的传感器采集，如接近开关信号产生，结束计时，参考指令上升沿开始计时与反馈信号接收时间的差值得出这个设备动作的时间，设备动作的时间一定条件下应该是相同的，在一个合理的时间范围内，通过这个时间范围来判断设备是否存在异常，异常时，记录异常数据，发出报警；

S1262、检查类型：重复周期用于检查一个信号在一个周期内是否出现过，如果为出现判断信号异常，异常时记录异常数据，发出报警；

S1263、检查类型：变化斜率用于计算两个时间反馈值的差值与时间间隔的差值，得出斜率，是否在合理范围内，如果否，记录异常数据，发出报警；检查类型：呆滞时长用于检查一个反馈数据是否设定时间内没有发生过变化，也就是每次循环检查时都是同一个数值超过设定时长，判断未数据异常，记录异常数据，发出报警。

S2、编制生产线设备运行状态实时运行模块，具体包括以下步骤：

S21、一个检查周期先执行现场实际数据采集，再进行所有检查逻辑的执行和判断，为了提高运行速度，首先遍历检查逻辑的记录表，从检查逻辑记录表的相关公式字段(具体包含：逻辑公式、条件公式、参考公式、反馈公式)中提取提取需要采集数据的变量参数名称，形成一个内容不重复的变量参数名数组；具体流程见图2；

S22、每次采集，将变量参数名数组中的每一个变量的实际数据数值全部采集出来，形成一个与变量参数数组一一对应的实际值数组，即所有实际数据采集工作一次性采集完毕，后续的逻辑判断工作仅通过变量参数名称查询到已经保存的数据即可；

S23、时间轴横向检查：循环读取时间轴横向检查表中的每一条的条件公式、逻辑公式设定，将公式中的[地址]按照S2中读取的实际数值进行替换，解析条件公式是否满足，如果满足就解析逻辑公式是否正常，如果异常发出报警并记录，见图3和图5；

S24、时间轴纵向检查，循环读取时间轴纵向检查表中的每一条的检查类型字段(检查类型包含：合理时长、周期重复、变化斜率、呆滞时长等)，根据检查类型的不同进行不同的程序执行检查流程，见图4和图6。

S3、编制生产线设备运行状态报警模块；编制的客户端程序以图标、文字或颜色的形式，标注每条检查逻辑是否正常。同时通过编程调用即时通讯工具(如企业微信、钉钉、蓝信等)提供的群机器人提供的远程API接口，按照接口要求的数据格式发送调用请求，其中包含了报警信息文字，就实现了报警信息实时传送到了手机端，实现实时报警的功能，见图10。

S4、编制生产线设备运行状态历史数据查询模块；当生产线设备运行状态报警模块检查到异常时，会向数据库的报警信息表中记录相应信息，数据表中包含了检查逻辑的名称或ID，通过编制查询窗体程序，将全部或者特定检查逻辑名字或ID的报警信息显示出来。见图9。

本发明通过生产线设备运行状态检查逻辑定义功能模块，事先自定义若干条检查逻辑；自定义的检查逻辑的内容可以随时增加、修改、删除，不需要重新修改、编译和下载PLC/DCS系统程序；自定义的检查逻辑中可以使用各种四则运算以及数学函数高级功能，以满足复杂的检查逻辑；实时采集PLC/DCS中设备状态数据数值，周期执行按照检查逻辑，判断设备运行状态，对检查结果出来的异常信息进行报警，采集速度很快，便于操作。