CN101436070B - 分散控制系统的设备诊断报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种分散控制系统的设备诊断报警装置，包括：具有控制接口和网络接口的数据通讯模块，控制接口连接到外部编程器对该诊断报警装置进行参数设置；数据处理模块，通过数据总线连接到数据通讯模块，获取的分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，根据设定的规则进行故障诊断，根据故障诊断的结果和设定的报警策略，确定最终故障信息；数据存储模块，保存报警信息、故障诊断规则、报警策略以及最终故障信息；短信收发模块，根据数据处理模块产生的最终故障信息发送短信。该诊断报警装置具有智能诊断功能，根据所能获得的设备状态和设备报警信息，诊断出分散控制系统中的各类设备故障，并且，可通过基于以太网的OPC协议建立通讯。

Description

分散控制系统的设备诊断报警装置

技术领域

本发明涉及自动化控制领域中的分散控制系统的设备诊断报警装置。

背景技术

分散控制系统(DCS)是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制设备，广泛的应用于电力、冶金、化工等大型企业。随着现代化工业的不断发展使连续生产中的过程控制愈加复杂，规模愈加扩大，使得操作人员对自动控制系统的依赖性越来越大，如果系统中出现故障，不但会破坏被控设备、危及操作人员的安全，而且即使短期停产造成的损失也会十分惨重，而引起故障的因素有多种，如环境温度、湿度、电源的波动、电磁干扰、冲击、振动、腐蚀、元件失效、电路开路或短路、软件设计问题等等。作为DCS维护人员要随时掌握系统的运行状态就显得十分必要，而且对各类报警的正确诊断也十分重要，随着生产过程和设备变得越来越复杂、要求越来越苛刻以及更加容易造成危险，报警点也相应地不断增加。现代化的分散控制系统(DCS)中，几乎每一个组态点都设置有报警。一个PID回路通常有15到20个报警，其中包括回路完整性报警、高量程报警、设定点偏差报警和许多的其它报警。整个控制系统中还有可能设置了很多的系统报警，这些系统报警的数量非常之多。

现有基于分散控制系统(DCS)内置的报警模块，仅能对报警级别做出区分，无法对报警类型进行人工智能分析，因此存在报警信息繁多，无法准确筛选出最有用的报警信息，从而无法实现相关故障设备的准确定位。而且传统的维护方式，操作人员必须首先到赶到DCS中控现场，才能对各类报警信息进行分析，而一个熟练的维护人员在过程故障混乱的情况下一般每分钟也只能分析处理一个报警。所以基于人工判断的故障信息处理效率很低，很容易造成处理故障的延误。而市场上虽然也有外置的诊断报警装置但仅局限于某一品牌，由于市场上各大品牌的分散控制系统(DCS)所用的内部协议不同。因此，此类诊断报警装置，需要在分散控制系统(DCS)内部添加专用设备与之进行通信，由于使用的是专用协议，因此，其兼容性很差，无法兼容所其它的分散控制系统(DCS)。

发明内容

本发明提供一种具有智能诊断功能和稳定可靠的通信方式的分散控制系统的设备诊断报警装置。

本发明的实现方式如下，该设备诊断报警装置包括：

数据通讯模块，包括控制接口和网络接口，所述网络接口与分散控制系统进行数据交换，其中，被交换的数据是分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，所述控制接口连接到外部编程器对该诊断报警装置进行参数设定；

数据处理模块，通过数据总线连接到所述数据通讯模块，数据处理模块获取数据通讯模块获取的分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，根据设定的规则进行故障诊断，根据故障诊断的结果确定设备故障信息；

数据存储模块，与所述数据处理模块相连接，保存所述报警信息、故障诊断信息、报警策略以及所述设备故障信息；

短信收发模块，与所述数据处理模块相连接，根据所述数据处理模块产生的设备故障信息发送短信；

电源模块，向所述数据处理模块、所述数据存储模块、以及所述短信收发模块供电。

本发明的诊断报警装置具有智能诊断功能，根据所能获得的设备状态信息和设备报警信息，诊断出分散控制系统(DCS)中的设备故障，并且，本装置通过基于以太网的OPC(Object Linking and Embedding(OLE)forProcess Control对象连接和嵌入过程控制)协议方式与分散控制系统(DCS)建立通讯，从而实现了应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写。

附图说明

图1A和图1B是本发明的设备诊断报警装置外观图；

图2是本发明的设备诊断报警装置内部结构图；

图3是本发明的设备诊断报警装置硬件运行原理图；

图4是本发明的设备诊断报警装置软件构成；

图5是本发明的设备诊断报警装置报警流程图；

图6是本发明的设备诊断报警装置查询流程图；

图7是本发明的设备诊断报警装置系统架构图；

图8是本发明的设备诊断报警装置通讯接口原理图。

具体实施方式

本发明旨在提供一种设备诊断报警装置，以有效提高设备管理和操作管理水平，在设备管理方面，该装置可有效捕捉控制过程中的各种报警和事件，监控DCS系统中各类控制设备的运行状态，同时，对各类报警信息进行筛选，剔除“无用”报警，明确报警的优先级别，通过报警策略对各类报警信息进行分析处理以达到控制报警和自动诊断的功能。对各类报警信息进行短信提示，而且可以利用手机短信对系统进行通讯诊断、设备诊断、回路诊断等，以提高电气维护、维修效率。在操作管理方面，操作管理人员可以利用短信查询DCS中各个过程控制的工艺参数，提供清晰完整的生产过程动态监测，支持生产过程实时数据的接收，生产过程数据表显示，实时趋势显示及操作参数报警功能等。以达到提高系统的稳定性，降低设备停机时间的目的。

首先，处于集成的考虑，本发明将诊断报警装置的所有部件集成在一个机箱中，该机箱的外形尺寸为：长600mm，宽800mm，高37mm的1U机箱，参考图1A和图1B所示。

在机箱100的前面板102设有供控制接口和网络接口使用的开口102a和102b、指示电源状态的电源指示灯104、以及指示诊断报警装置工作状态的状态指示灯106。

机箱100的后面板108设有电源模块的电源线接口110、电源开关112、短信收发模块的外置式天线114以及风扇的开口116。

该诊断报警装置100的内部结构参考图2所示，包括：

数据通讯模块202，包括控制接口202a和网络接口202b，网络接口202a与分散控制系统进行数据交换，其中，被交换的数据是分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息。本发明中，网络接口202b通过基于以太网的对象连接和嵌入过程控制OPC协议与分散控制系统进行数据交换。控制接口202b连接到外部编程器对该诊断报警装置进行参数设置，比如对于规则库的更新。

数据处理模块204，通过数据总线连接到数据通讯模块202，数据处理模块204获取数据通讯模块202获取的分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，根据设定的规则进行故障诊断，根据故障诊断的结果确定设备故障信息。进一步的，该数据处理模块204包括：中央处理器240，根据设定的规则处理分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，产生故障诊断信息，以及设备故障信息。内存242，临时存放数据。存储控制器244，控制数据处理模块204与数据通讯模块202，以及数据处理模块204与数据存储模块206之间的数据交换。IDE接口246，连接数据存储模块206的IDE接口260，进行与数据存储模块206的数据交换。RS 232接口248，连接短信收发模块208的RS 232接口280，进行与短信收发模块208的数据交换。规则库250，保存用于进行故障诊断的规则。

继续参考图2，该故障诊断装置还包括：数据存储模块206，与数据处理模块204相连接，保存报警信息、故障诊断信息、报警策略以及设备故障信息。该数据存储模块206包括一用于数据交换的IDE接口260。

短信收发模块208，与数据处理模块204相连接，根据数据处理模块204产生的设备故障信息发送短信。该短信收发模块208包括一用于数据交换的RS 232接口280，还包括外置的天线114。

电源模块210，向数据处理模块204、数据存储模块206、以及短信收发模块208供电，该电源模块通过电源接口211向上述模块供电。

风扇212，用于散热，该风扇212也由电源模块210供电。

该诊断报警装置100的信号走向如图3所示。

数据处理模块204的中央处理器240可执行一软件，实现软数据采集、数据处理(故障诊断、报警策略、专家库维护、数据查询)、短信收发的功能，具体而言，可参考图4所示的软件构成。该软件构成可以有单纯软件以模块的方式实现，也可是软硬件组合的形式实现，总结而言，包括：

用于采集数据的模块，获取来自数据通讯模块的设备状态信息和设备报警信息；

用于数据查询的模块，基于设备状态信息和设备报警信息，查询规则库，或基于短信收发模块收到的短信息，产生查询代码交由采集数据模块；

用于诊断故障的模块，基于查询规则库的结果，产生故障诊断；

用于产生设备故障信息的模块，基于故障诊断，产生设备故障信息；

用于维护规则库的模块，对规则库进行更新和维护；

用于收发短信的模块，基于报警策略，控制短信的收发；

用于协调数据处理的模块，协调上述装置之间的数据传输和处理。

上述的软件可以执行如下的模式。

诊断模式：首先数据采集程序按OPC协议规范的要求，采集分散控系统(DCS)上的相关数据，再将采集到的数据提交给数据处理程序进行处理，数据处理程序将采集到的各类设备状态信息和设备报警信息提交给故障诊断程序然后与专家库中的信息进行比对，最后，将比对后的结果即故障诊断结果，按报警策略中制定的发送策略提交给短信收发程序，由短信收发程序将信息发送给最终用户。该软件的运行过程参考图5所示。

查询模式：首先短信收发程序对短信收发模块收到的信息进行判断，确认为查询信息后将查询信息提供给数据查询程序，数据查询程序再将查询信息转换为符合OPC协议的代码，交由数据采集程序，数据采集程序采集到相关数据后，再将数据传回给数据查询程序，进行代码转换。最后，由数据查询程序将查询结果返回给短信收发程序进行发送，最终使用户得到查询信息。该软件的运行过程参考图6所示。

图7是本发明的诊断报警装置系统架构图。参考图7，本发明的诊断报警装置700通过网络接口连接到分散控制系统(DCS)702的OPC服务器704的通讯接口上。分散控制系统702通过控制器706连接各类现场控制设备708，同时，操作员站710和工程师站712也连接到分散控制系统702。

利用DCS控制器在输入扫描期完成基本的报警处理功能后，每个点的报警状态会被及时修正并在控制网上广播的特点。通过对OPC服务器中的Group(组)、Item(项)等参数进行设定，建立数据通讯接口，将分散控制系统(DCS)中的各类报警信息以及各类点信息通过OPC服务器与诊断报警装置中的数据通讯模块进行通讯。该诊断报警装置的通讯接口原理如图8所示。

同时数据处理模块对通讯后得到的数据进行处理，将处理结果保存在诊断报警装置的数据存储模块中或直接或定时由GSM短信收发模块将数据发送给用户。同理，短信收发模块也可以接收维护人员或生产操作管理人员通过手机发送的查询代码，根据预先设定的查询代码表，由数据处理模块对查询代码进行转换，然后根据转换后得到的点信息，通过数据通讯模块对分散控制系统(DCS)的OPC服务器进行查询，将查询后得到的结果再通过短信发送模块，返还给查询人，维护人员或生产操作管理人员就可根据返还的信息迅速对相关设备做出故障判断或对操作参数做出调整，大大提高了系统的稳定性和可维护性。

本发明的故障诊断装置正确的反映DCS系统运行中的各类实时报警信息，能及时反映各工况点的工作状态，一旦DCS系统中出现各类报警，相关维护人员在第一时间内(小于60秒)，即可收到由该装置发送的报警短信，从而大大缩短了处理设备故障的响应时间。该故障诊断装置能对DCS系统所产生的各类报警信息进行分析处理，能确定报警的级别，保证将最重要的信息提供给维护人员。同时，提供最有可能的故障点信息，以帮助维护人员快速准确的定位故障。最后，该故障诊断装置可以提供对DCS中设定的各类点信息进行短信查询，为远程判断设备故障原因提供了可能。同时，也为操作管理人员对各类生产工艺参数的查询提供了方便。及时查找报警原因及范围提供可能。提高系统的稳定运行，降低了设备停机时间。本装置通过基于以太网的OPC(Object Linking and Embedding(OLE)forProcess Control对象连接和嵌入过程控制)协议方式与分散控制系统(DCS)建立通讯，从而实现了应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写。

Claims (6)

1.一种分散控制系统的设备诊断报警装置，其特征在于，包括：

数据通讯模块，包括控制接口和网络接口，所述网络接口与分散控制系统进行数据交换，其中，被交换的数据是分散控制系统上的设备状态信息和设备报警信息，所述控制接口连接到外部编程器对该诊断报警装置进行参数设定；

数据处理模块，通过数据总线连接到所述数据通讯模块，数据处理模块获取数据通讯模块获取的分散控制系统上的设备状态和设备报警信息，根据设定的规则进行故障诊断，根据故障诊断的结果和设定的报警策略确定设备故障信息；

数据存储模块，与所述数据处理模块相连接，保存所述报警信息、故障诊断信息、报警策略以及所述设备故障信息；

短信收发模块，与所述数据处理模块相连接，根据所述数据处理模块产生的设备故障信息发送短信；

电源模块，向所述数据处理模块、所述数据存储模块、以及所述短信收发模块供电。

2.如权利要求1所述的诊断报警装置，其特征在于，所述数据通讯模块的网络接口通过基于以太网的对象连接和嵌入过程控制OPC协议与分散控制系统进行数据交换。

3.如权利要求1所述的诊断报警装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

中央处理器，根据设定的规则处理所述分散控制系统上的报警信息，产生所述故障诊断信息，以及所述设备故障信息；

内存，临时存放数据；

存储控制器，控制所述数据处理模块与所述数据通讯模块，以及所述数据处理模块与所述数据存储模块之间的数据交换；

IDE接口，连接所述数据存储模块的IDE接口，进行与数据存储模块的数据交换；

RS 232接口，连接所述短信收发模块，进行与所述短信收发模块的数据交换；

规则库，保存所述用于进行故障诊断的规则和报警策略。

4.如权利要求3所述的诊断报警装置，其特征在于，所述中央处理器包括：

用于采集数据的装置，获取来自所述数据通讯模块的设备状态和设备报警信息；

用于数据查询的装置，基于所述设备状态和设备报警信息，查询所述规则库，或基于收发短信的装置收到的短信息，产生查询代码交由采集数据的装置；

用于诊断故障的装置，基于查询规则库的结果，产生故障诊断；

用于产生设备故障信息的装置，基于所述故障诊断，产生设备故障信息；

用于维护规则库的装置，对所述规则库进行更新和维护；

用于收发短信的装置，基于所述报警策略，控制短信的收发；

用于协调数据处理的装置，协调上述装置之间的数据传输和处理。

5.如权利要求1至3中任一项所述的诊断报警装置，其特征在于，还包括：

一用于散热的风扇，所述风扇由所述电源模块供电。

6.如权利要求1所述的诊断报警装置，其特征在于，

所述数据通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、短信收发模块、电源模块和风扇置于长600mm，宽800mm，高37mm的1U机箱内；

所述机箱的前面板设有供所述控制接口和网络接口使用的开口、指示电源状态的电源指示灯、以及指示所述诊断报警装置工作状态的状态指示灯；

所述机箱的后面板设有所述电源模块的电源线接口、电源开关以及所述短信收发模块的外置式天线。

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