远程故障诊断功能在设备维护管理中的应用

摘要：本文阐述了SCADA系统的远程故障诊断功能在设备维护管理中发挥的重要作用。SCADA系统不仅仅在作为长输管道运输控制监控的人机接口，数据库中心，除具有本身的系统故障自诊断功能外，对在运行重要关键设备的状态检测和故障诊断方面也同样发挥了重要的作用。

关键词：远程故障诊断 长输管道 状态检测 设备维护管理

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)06-0127-01

1、引言

自从上世纪70年代以来，全世界的长输管道迅猛发展。长输管道的特点是距离长，站点分布广。依托于网络基础的调度控制中心及SCADA系统是长输管道的神经中枢，通常由中心配置维护人员，通过通讯网络进行远程维护站场设备。因此要求SCADA系统能够较全面对分布于各点的设备能够进行自诊断，同时也为其他设备提供维修的依据。

2、SCADA系统远程故障自诊断功能

随着Profibus、HART等现场总线仪表的应用，仪表能够将诊断等数据信息传送到系统上，如执行机构的故障包括卡死、过扭矩报警、掉电报警、液压不足等通用故障报警；传感器的恒增益变化和偏差失效等多种形式。对于传统的4-20mA线路，短路、断路检测，量程超限等也能简单的在系统上方便的诊断出来。

控制器组态软件中通道的自诊断，首先对输入卡件进行状态判断，如是否故障、短路、漂移等。然后对卡件的多通道进行分析，如断路、端子板分离等。显示原始值，是否超限等、对实现量程单位的转换。设定工艺报警值、设定死区限值、设定线性化函数等。

SCADA系统容错技术主要体现在重要部分的部件冗余配置上，一般设置维护检测界面，可以看到是哪个通讯通道在工作，并进行行在线切换管理等。主要包括系统硬软件，主备务服器、主备控制器、在主备用网络、在主备用卡件故障自动切换。具体的说，就是实现了故障检测、故障定位故障限制和故障修复一体化。将系统输出值固定在设定好的安全初试位，并通过设定系统初始化的自修复实现[3]，从而达到安全停车的目的，是其关键技术，实现方式有如下几种：

(1)一般通过看门狗、定位复位技术等实现的。设定程序模块的入、出标志或陷阱。在进入某程序模块中，建立一个标志。在软件执行过程中或程序出口，检查一下标志与进入时的一致性。在内存中某些程序走不到的区域置一段程序，当误入就报警。(2)程序写保护。某些程序段正常时只能读，不能写。可检查是否有向这些部分写入的操作。(3)RAM检查。平时用奇偶校验。定时检查时写入随机数，再读出来，检查读写的一致性。然后再将各位求反，写后再读，并检查读写的一致性。另外，防止RAM中的关键数据遭到破坏，可在RAM相距较远的不通区域存放若干个数据备份，并在该数据区的特定内存单元存入标志字，当发现某些标志遭到破坏时，可以调用自行恢复。如通讯中断时的RTU控制器的历史回传功能就是这样实现的。(4)对每条指令、每个寄存器、每条数据通道都操作一遍。如自诊断时，负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀命令，都会在系统上得到一个是否成功发送的日志和事件。(5)时间界限检查。当执行某段程序的时间已知时，可在执行时设置时间下限，超过则报警。如设定同步时间等等。(6)其块堆栈、中断堆栈和局部堆栈通过系统自诊断自动生成各部分状态，经编程器读写状态字和控制字能判断系统故障原因和部位。调用编程器的状态测试、输入/输出信号、与内存比较可实现PLC自诊断。(7)输入开关、输出指示灯用直接检测法检测。在系统初始化程序中插入键短路检测程序可判断键的故障[2]。(8)一些智能I/O处理器的检测，检测到CPU的负荷峰值、平均值等，点对点通讯率、响应率、数据交换率等。

3、输油泵状态监测方案举例

实现输油泵在线状态监测最好是在线故障诊断软件。但大多数设备并未提供此类的诊断软件，一般通过安装在设备上的各种检测仪表，上传到SCADA系统上进行数据分析，历史管理等，实时监控设备振动参量状态、及时报警，精确诊断故障源，为检测维修制度合理化提供准确的数据基础[4]。

输油泵轴承监测是重中之重。而振动监测解决不了早期预警问题，采用轴承监测中的冲击脉冲技术，超声波检测和监测轴承是探测轴承早期故障的可靠方法。基于探测和分析轴承共振频率调制的超声波系统具有进行细微探测的能力。

如一台主输泵包括的测点有：电机绕组温度（U/V/W）、泵体温度、泵体非驱动和驱动端振动、机械密封泄漏、超声波监测轴承等。将设备测点安装压电式振动传感器、冲击脉冲传感器、温度传感器和超声波检测，通过现场监测单元，将数据上传到SCADA系统中。

首先，超过任何原始读数12dB的读数的现象，可认为该轴承已进入故障开始状态。由于被检测到的超声波可被转换为人耳可听的音频，故建议用户应熟悉正常轴承的声音，正常轴承发出的声音像呼哧声或嘶嘶声；噼啪声或粗糙声音说明轴承已处于故障阶段。

其次，通过1秒的历史数据记录温度监测曲线进行分析。稳定的历史趋势分析可以得到正常的轴承工作和非工作时的温度，如发现异常，应当立即重视排察。有时温度曲线变化缓慢，有时一分钟内就可以达到联锁值，促使SCADA系统发车停车指令。

再次，对于轴承的振动曲线，可以用做机械工程师进行故障判断，可以进行分析频率、振幅等信息。

最后，SCADA系统通过简单的计时器还可以根据对输油泵运行时间累计统计，一般是用来累计电机和主输泵运行时间，从而达到根据等效运行小时术确定检修周期。

4、结语

SCADA系统的故障自诊断功能以及对关键设备的检测数据的分析管理，我们可以看到其在设备维护管理中发挥的重要作用，这些参数通过通讯网络传输到调度控制中心，实现了长输管道的智能化管理，在对运行重要关键设备的状态检测和故障诊断方面发挥了重要的作用，为预防性维修奠定了基础。

参考文献

[1]陈明,张京妹.控制系统可靠性设计[M].西安:西北工业大学出版社.

[2]闻新.控制系统的故障诊断和容错控制[M].北京:机械工业出版社.

[3]王仲生.智能容错技术及应用[M].北京:国防工业出版社.

[4]杨志伊.设备状态监测与故障诊断[M].北京:中国计划出版社.