磨机报警在线帮助系统的设计与实现

韩高翔，吴永强，高海燕，毋华丽

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

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的报警。

图1 报警编号定义规则界面Fig.1 Interface of alarm numbering laws

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 information

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 information

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。

图4 精准检索程序流程Fig.4 Flow chart of accurate searching program

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 information

图6 模糊检索程序流程Fig.6 Flow chart of fuzzy searching program

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。