一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断方法及系统与流程

本发明属于建筑工业化技术领域，涉及一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统。

背景技术：

近年来，国家积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑，建筑工业化迎来前所未有的机遇。pc(prefabricatedconcretestructure)即“预制装配式混凝土结构”，是以预制混凝土构件，经装配、连接，结合部分现浇形成的混凝土结构，是未来建筑行业的发展趋势。

pc自动生产线主要用于建筑混凝土预制构件系列产品(包括预制叠合楼板、内外墙板、楼梯等)的工厂批量化生产，对系统运行稳定性要求极高。pc自动生产线一般都是构件在模台上生产，构件尺寸大，几十个模台在线上循环使用，生产线占地面积大，工位多、参数多、面向多任务生产、系统复杂，使得故障随机性、不确定性增加，给维修定位带来麻烦。为了保证系统的正常运行，确保产品批量化生产的质量和进度，一旦生产线出现故障，需要对故障进行快速诊断及定位维修。

现有技术中，pc自动生产线正处于起步发展阶段，从事pc自动生产线研制的厂家不多，其主要精力也在开发单机设备功能上，用于pc自动生产线的故障诊断系统和方法还没有先例，生产线运行出现异常后，往往是人工发现异常，然后去现场排查原因并进行维修，费时又费力。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提出一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断方法及系统，不仅能实现对预制装配式混凝土结构自动生产线实时运行状态监控，而且能自动快速诊断、报警并定位故障，便于维修人员维修，从而保证生产进度。

本发明的技术方案是：一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断方法，其特征在于，该方法包括如下内容：

(1)构建pc自动生产线故障分层诊断系统；

所述pc自动生产线故障诊断系统设置为两层级，即现场预诊断层和集中分析层；

所述现场预诊断层包含若干控制器和现场检测仪表，根据pc自动生产线的工艺布局，将生产线上的各单机设备划分为若干设备集群，每个集群采用一个控制器；在pc自动生产线现场各工位设备的一些部位设置故障检测点，每个控制器采集所管辖集群范围内的故障检测点的设备运行状态，进行逻辑分析判断并将初级故障代码值和设备运行数据上传至集中分析层；

所述集中分析层不与现场设备和仪器仪表直接联系，集中分析层通过网络通信的方式与现场预诊断层的各控制器进行数据交互；所述集中分析层内置有专家知识库和障推理机制，覆盖现场预诊断层的所有故障编码和关键数据状态，能对现场预诊断层上传的故障表象进行分析推理，结合现场预诊断层上传的初级故障代码和预制装配式混凝土结构自动生产线运行的数据信息，通过比对和判断，最终准确定位故障原因和部位；

(2)现场预诊断层的控制器经过逻辑判断，对故障现象进行初步定位，将每种故障状态设置一个初级故障代码，并将数据上传；

(3)集中分析层解析初级故障代码，推理出最终故障诊断结果。

一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统，其特征在于，该系统包括现场预诊断层和集中分析层；

所述现场预诊断层包含若干控制器和现场检测仪表，根据pc自动生产线的工艺布局，将生产线上的各单机设备划分为若干设备集群，每个集群采用一个控制器；在pc自动生产线现场各工位设备的一些部位设置故障检测点，每个控制器采集所管辖集群范围内的故障检测点的设备运行状态，进行逻辑分析判断并将初级故障代码值和设备运行数据上传至集中分析层；

所述集中分析层不与现场设备和仪器仪表直接联系，集中分析层通过网络通信的方式与现场预诊断层的各控制器进行数据交互；所述集中分析层内置有专家知识库和障推理机制，覆盖现场预诊断层的所有故障编码和关键数据状态，能对现场预诊断层上传的故障表象进行分析推理，结合现场预诊断层上传的初级故障代码和预制装配式混凝土结构自动生产线运行的数据信息，通过比对和判断，最终准确定位故障原因和部位。

一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统，其特征在于，包括：监控计算机，分系统plc控制器，各工位执行机构及检测器件；

所述监控计算机，包括数据库点组态模块、全线生产调度模块、故障专家库、故障查询分析模块；

所述数据库点组态模块，是从各分系统plc控制器读取数据变量以及对各分系统plc控制器下达命令的输入输出接口模块，以各个分系统plc控制器读取的数据变量进行一一关联的方式进行信息交互；

所述全线生产调度模块，通过跟踪预制装配式混凝土结构自动生产线上产品运行的工艺路线轨迹，监视每个分系统plc控制器采集工位设备的运行状态，同时按照生产节拍对各分系统plc控制器进行控制，从而调度产品按序在各库位、工位间移动，完成产品工艺处理过程；

所述故障专家库，是将生产线所有可能产生的故障现象归类及编码罗列出故障产生的部位及原因，并给出解决措施的数据表；

所述故障查询分析模块，是指在预制装配式混凝土结构自动生产线运行过程中，循环扫描各分系统plc控制器上传的第一类故障编码，同时将预制装配式混凝土结构自动生产线运行的生产调度控制命令和现场各分系统plc控制器反馈的工位设备的运行状态信息进行比对判断，得出现场是否故障以及故障对应的第二类故障编码，并根据第二类故障编码来调取故障专家库的对应内容；

所述分系统plc控制器包括多个分系统的控制器，分系统的控制器对采集的状态信号进行判断得到各个分系统的第一类故障信号，并上传给故障查询分析模块；

分系统plc控制器控制各工位执行机构及检测器件，采集各工位执行机构及检测器件输出状态信息。

本发明的有益效果是：

本发明提出的pc自动生产线故障诊断统，能对pc自动生产线的运行状态进行实时监控，对故障进行快速定位、报警和提示，便于维修人员维修，从而减少维修时间，降低生产线故障造成的影响和损失。

附图说明

图1为本发明提供的一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统具体实施方式。

图2为本发明提供的一种一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统的监控计算机各部分组成关系示意图。

具体实施方式

下面对本发明进一步详细地描述。

本发明的一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断包括如下三个步骤：

第一步构建pc自动生产线故障分层诊断系统。

pc自动生产线故障分层诊断系统包含现场预诊断层和集中分析层两个层级。

现场预诊断层基于表象，采集现场数据并侧重局部工位和设备的初级诊断，集中分析层基于深层次，侧重综合分析系统整体，推断得出最终故障结论，并给出处理命令。

构建现场预诊断层时，包含硬件和软件的支撑，要完成三部分内容。

一是根据pc生产线现场工艺位置布局和设备工作性质，将所有设备和机构进行分组，划分若干设备集群，每一组集群设置一个控制器进行集中监控，控制器可以是plc系统或其他功能模块，能完成简单的逻辑运算功能，具备数字量和模拟量输入输出接口，以及总线通信接口。

二是针对每一组设备集群，挑选并确定控制器进行集中监控(采集数据和控制)的关键参数和节点，在重要部位设置检测点。比如接触器开关闭合或断开的辅助信号、电机运行的电流和时间、养护库内的温度和湿度、线上产品所在工位的位置信号等等。

三是将现场预诊断层每个控制器所管辖范围内的集群设备运行状态和初级故障现象进行数字编码，每一编码涵盖了控制器号、设备号、运行数据、异常部位及故障信息等。

构建集中分析层诊断系统时，需要具有强大运算推理功能和人机交互界面的计算机系统，同时也需要完成三部分的内容。

一是建立专家知识库，知识库通过故障树的形式关联上述现场预诊断层所有控制器上传的关键数据信息，以及预先设计的所有故障编码值。

二是建立基于现场数据信息和专家知识库的推理机制或算法，实时解析通信采集到的故障编码值和设备运行状态编码，层级推断出pc自动生产线目前的运行状态是否正常，若不正常，深入分析给出故障产生的可能原因和产生的部位。

三是设计实时动态显示的人机交互界面，将pc自动生产线运行状态以文字、动画、表格等多种形式呈现给用户，若生产线出现异常，给予报警提示，并将故障推理诊断结果反馈给操作者，并接受操作者的处理指令。

第二步现场预诊断层在线监测数据，进行简单的逻辑判断，初步定位故障表象并将数据上传。

现场预诊断层的控制器只负责直接采集管辖范围内集群设备运行状态信号和设置的故障监测点信息，将实际测量得到的参数和内部预设值进行比对和简单的逻辑判断，将初步判断结果以数据编码的形式上传到集中分析层，等待集中分析层的最终诊断结果和处理命令。

第三步集中分析层解析初级故障代码，深入分析推理出最终故障诊断结果。

所述集中分析层不与现场设备和仪器仪表直接联系，只跟现场预诊断层的控制器进行数据交互。集中分析层构建有专家知识库，涵盖现场预诊断层内所有控制器设置的初级故障代码和控制器采集的pc自动生产线运行的关键数据信息。集中分析层通过解析初级故障代码，按照编制的内部推理机制，经过比对和逻辑推理，最终推断出故障原因和部位，以文字、图表或数据的形式反馈给用户，给出故障报警和诊断结果，并根据操作者的处理意见下达给现场预诊断层的控制器进行相应处理。

本发明的一种预制装配式混凝土结构自动生产线故障诊断系统，

利用将生产线运行可能出现的故障形式总结为两大类，第一类是只涉及到单一设备机构的初级故障现象，由分系统plc直接采集判断得到，并将故障编码上传给监控计算机；第二类是涉及多个设备工位交互的故障现象，由监控计算机通过分析各个分系统plc反馈的现场信息，并比较当前监控计算机下达的控制命令，综合判断得到故障编码。监控计算机通过故障编码查询内部预制的故障专家库，并将对应故障专家库的内容在人机界面上显示出来，从而提示操作者准确定位故障，采取措施去解除故障，快速恢复生产。

本发明的一种pc自动生产线故障诊断系统，包括：监控计算机，分系统plc，各工位执行机构及检测器件。

所述监控计算机，包括数据库点组态模块、全线生产调度模块、故障专家库、故障查询分析模块、故障诊断界面以及运行监控界面。

所述数据库组态模块，是监控计算机从各分系统plc读取数据变量以及对各分系统plc下达命令的输入输出接口模块，以数据库组态以数据变量连接的方式进行信息交互。

从各分系统plc读取的信息变量：包括分系统plc当前工作模式、忙闲状态、完成具体任务情况的代码值、各传感器信号、操作按钮指示灯状态以及故障编码。对各分系统plc下达命令的控制变量包括执行具体任务编码、任务起点位置编码及终点位置编码、各设备的启动和停止信号。

所述全线生产调度模块，通过跟踪pc自动生产线上产品运行的工艺路线轨迹，监视每个分系统plc控制器所负责(控制和采集)工位设备的运行状态，同时按照生产节拍对各分系统plc进行控制，从而调度所有产品按序在各库位、工位间移动，完成模具拆装、脱模、喂布料、振动、表面处理以及养护等工艺处理过程。

所述故障专家库，是将生产线所有可能产生的故障现象进行提炼、归类及编码，以表格的形式罗列出故障产生的部位及原因，并给出解决措施的数据表。数据表内容包括故障编码、故障涉及分系统名、单机部件位置、故障原因分析及解决办法。

所述故障查询分析模块，是指在pc自动生产线运行过程中，循环扫描各分系统plc控制器上传的第一类故障编码，同时将pc自动生产线运行的生产调度控制命令和现场各分系统plc实际反馈的关键信息进行比对判断，得出现场是否故障以及对应的第二类故障编码，并根据第一类故障编码和第二类故障编码来调取故障专家库的对应内容，在故障诊断界面显示出来。

所述运行监控界面，是pc自动生产线在正常运行时以图形动画的方式实时展示整个生产线运行的人机界面，操作者在该界面可输入工艺参数并控制整个生产线的启动和停止。

所述故障诊断界面，是pc自动生产线出现故障异常时展示的人机界面，包含故障报警、故障定位、故障原因及解决措施以及故障专家库更新部分。

所述故障报警是将故障涉及到的分系统plc进行红灯点亮警示。

所述故障定位是将故障产生的设备机构位置进行文字描述。

所述故障原因及解决措施是将产生该故障现象的可能原因及解决措施进行一一列举。

所述故障专家库更新是在实际生产中出现了故障专家库没有预制的故障现象，经现场实践确认后由技术人员按照表格内容对故障专家库进行内容的补充更新。

所述分系统plc控制器包括养护库码垛车分系统、喂布料振动分系统、拉毛抹光支线分系统、脱模支线分系统、行进分系统以及移线车分系统的控制器，每个分系统用一个plc进行管理(采集信息和控制)，每个分系统包含若干工位和单机设备。

所述养护库码垛车分系统的控制器用plc1标识，plc1控制器负责养护库温湿度监控、码垛车设备的控制以及该分系统第一类故障信号的采集和判断。

所述分系统plc1采集和判断的第一类故障信号，包括养护库内温湿度异常、码垛车在xyz三个方向上运动电机的变频器故障报警、码垛车在xyz三个方向上位置极限信号、码垛车内部其他非变频器驱动的电机电流过热故障以及分系统plc1控制柜急停故障。

所述喂布料振动分系统用plc2标识，负责喂料设备、布料设备、振动设备单机的控制以及该分系统第一类故障信号的采集和判断。

所述分系统plc2采集和判断的第一类故障信号，包括喂料行走电机及翻转电机的变频器故障报警、布料设备xy方向运动电机的变频器故障报警、布料设备挤料电机的变频器故障报警、振动单机的液压站故障报警、振动电机的热过载保护故障，以及在喂料行走、布料设备行走方向上的位置极限信号以及分系统plc2控制柜急停故障。

所述拉毛抹光支线分系统用plc3标识，负责抹光单机、拉毛单机、拉毛抹光支线驱动轮的控制及该分系统第一类故障信号判断。所述拉毛抹光支线的驱动轮被用于控制产品在拉毛抹光支线上各个工位间的移动。

所述分系统plc3负责的第一类故障信号，包括抹光xy方向移动电机变频器故障报警、抹光旋转电机热过载故障、拉毛升降电机热过载故障、抹光移动及拉毛升降位置极限故障、拉毛抹光支线驱动轮变频器故障报警、拉毛抹光支线行进极限位置传感器故障以及拉毛抹光支线按钮站急停故障。

所述脱模支线分系统用plc4标识，负责侧立脱模单机、清扫单机、脱模支线驱动轮的控制及该分系统第一类故障信号判断。所述脱模支线驱动轮被用于控制产品在脱模支线上各个工位间的移动。

所述分系统plc4负责的第一类故障信号，包括侧立液压站故障报警、清扫电机热过载故障、脱模支线驱动轮变频器故障报警、脱模支线极限位置传感器故障以及脱模支线按钮站急停故障。

所述行进分系统用plc5标识，负责浇筑支线上的定位设备、浇筑支线行进驱动轮的控制以及该分系统第一类故障信号判断。所述浇筑支线行进驱动轮被用于控制产品在浇筑支线上各个工位间的移动。

所述分系统plc5负责的第一类故障信号，包括定位设备变频器故障报警、浇筑支线驱动轮变频器故障报警、浇筑支线极限位置传感器故障以及浇筑支线上按钮站急停故障。

所述移线车分系统用plc6标识，负责脱模支线和浇筑行进支线间的移线设备、升降机构的控制以及该分系统第一类故障信号判断。

所述分系统plc6负责的第一类故障信号，包括移线设备行走变频器故障报警、移线设备升降电机热过载故障、极限位置传感器故障以及分系统plc6控制柜急停故障。

各分系统plc控制器之间存在产品交互的情况时，可能存在的第二类故障由监控计算机监控并判断得出。

所述各分系统plc存在产品交互的情况包括：产品在从养护库出来到脱模支线，涉及到分系统plc1与plc4之间交互；产品从脱模支线移线至浇筑行进支线，涉及到分系统plc4、plc6及plc5；产品从养护库出来到拉毛抹光支线或从拉毛抹光支线进养护库，涉及到分系统plc1与plc3之间的交互；产品从浇筑行进支线进养护库，涉及到plc1与plc5之间的配合；模台通过行进系统移送到喂布料振动工位操作时，涉及到plc2与plc5的配合。

所述故障查询分析模块中所述的生产调度控制命令，是指各分系统plc控制器之间存在产品交互的情况时，自动生产线运行的生产调度控制命令。

第二类故障还包括下述情况监控计算机与各分系统的通信故障、各检测传感器本身出现问题、机构卡涩或现场异物等情况导致产品移动异常，而各分系统plc无法判断得知的故障现象，由监控计算机判断给出结果。

所述各工位执行机构及检测器件,包括在养护库内设置温度和湿度传感器，在每个产品工位设置接近开关，在各个机构运行的方向设置位置传感器。采用变频器对电机进行分组驱动，plc对变频器的故障状态进行采集，并监控每组电机接触器通断的辅助触点信号。采用接触器与三相电源直接连接的电机，对电流进行监控。通过变频器一对一驱动的电机，直接采集变频器运行状态得到故障信息。

分系统plc控制器控制各工位执行机构及检测器件，采集各工位执行机构及检测器件输出状态信息。

如图1所示，为本发明的一种pc自动生产线故障诊断系统架构图。包括监控计算机、养护库码垛车分系统plc1、喂布料振动分系统plc2、拉毛抹光支线分系统plc3、脱模支线分系统plc4、行进分系统plc5以及移线车分系统plc6。其中，plc1负责养护库和码垛车设备的控制及信号采集；plc2负责喂料设备、布料设备以及振动设备的控制及信号采集；plc3负责抹光单机、拉毛单机以及拉毛抹光支线驱动轮的控制及信号采集；plc4负责侧立脱模单机、清扫单机以及脱模支线驱动轮的控制和信号采集；plc5负责浇筑支线上的定位设备、浇筑支线行进驱动轮的控制和信号采集；plc6负责各支线间的移线设备、升降机构的控制和信号采集。

所述监控计算机上安装组态软件，通过工业以太网交换机与各个分系统plc进行tcp/ip网络通信。

所述监控计算机以数据库组态的方式与各个分系统plc变量进行一一关联，从而获知生产线现场状态以及下达动作命令。

所述各个分系统plc之间不进行信息交互。

如图2所示，为监控计算机的各部分组成关系示意图，包括数据库点组态模块、全线生产调度模块、故障专家库、故障查询分析模块、故障诊断界面以及运行监控界面。

所述数据库点组态模块是连接监控计算机与各分系统plc变量的桥梁。

所述全线生产调度模块一方面通过数据库点组态模块对各分系统plc进行命令下置和现场数据采集分析，另一方面同时将现场的实时动态信息以图表、动画的形式在运行监控界面进行反馈。生产线工艺参数及全线启停控制也通过运行监控界面写入全线生产调度模块中。

所述故障查询分析模块，一方面通过数据库点组态模块读取各分系统plc的第一类故障编码、读取各plc反馈的当前动作状态及生产线上关键传感器信息，另一方面通过全线生产调度模块得到当前监控计算机下达给各分系统plc的动作命令，综合分析得到第二类故障编码。得到故障编码后，再从故障专家库中查询得到对应故障编码的所有故障信息，包括故障分系统plc、单机部位、原因及解决措施等，并在故障诊断界面显示出来。

所述故障诊断界面除了在pc自动生产线出现故障时进行故障信息显示，还可以在pc自动生产线未运行时，操作者在故障专家库更新部位，按照故障编码、故障涉及分系统名、故障单机部件位置、现象原因分析及解决办法的顺序对故障专家表的内容进行添加。

如前所述，第一类故障编码由各分系统plc自行采集并判断得到，主要是通过在设备关键部位设置检测传感器直接监控得到的故障信息；第二类故障编码是通过监控计算机分析判断得到，各分系统plc自行无法觉察的故障信息。第二类故障信息内容主要包括监控计算机与各分系统plc的通信故障以及产品在各分系统plc之间转移时可能发生的故障情况。

所述产品需要在各分系统plc之间转移时的故障情况，包括码垛车从养护库取产品送往脱模支线时涉及到分系统plc1与分系统plc4之间的配合；模台从脱模支线通过移线车移送至浇筑支线时，涉及到plc4、plc5和plc6三者之间的配合；码垛车从养护库取模台至拉毛抹光支线，涉及到plc1与plc3间的配合；码垛车从行进系统接模台至养护库时涉及到plc1与plc5间的配合；模台通过行进系统移送到喂布料振动工位操作时，涉及到plc2与plc5的配合。

以plc1与plc4间配合时可能产生的故障现象和故障部位为例进行说明。

当plc1收到监控计算机的动作命令是从某库位取模台转移到脱模支线缓冲工位时，plc1会在码垛车到达某库位、从某库位取出产品、码垛车取出产品后到达与脱模支线交互位置这几个关键点时刻给监控计算机反馈完成状态，当监控计算机收到plc1上传的已经取出产品在脱模支线口等待移送的反馈信息时，检查plc4的当前状态如果适合接收码垛车过来的产品，则监控计算机给出让plc4控制脱模支线缓冲工位驱动轮旋转的信号，给出让plc1控制码垛车上的移送驱动轮旋转的信号。

此时分系统plc1内检测码垛车上产品已经移走的传感器如果出现故障，码垛车误认为产品已经离开完毕而停止驱动轮的旋转移送，产品实际还在码垛车上未移送下来，而负责脱模支线缓冲工位驱动轮的分系统plc4收到监控计算机的命令后会一直旋转来接收产品，直到有产品到达该工位，却不会发现plc1的故障。而plc1本身预制的第一类故障也没有包括自身传感器故障这一类型。

上述这种第二类故障情况就由监控计算机来监控完成。监控计算机在给分系统plc1和plc4下达指令后，通过计时来监视，当延时时间超过应该正常收到plc4反馈完成指令而没有收到，延时时间早于应该正常收到plc1对应反馈完成指令时，又查询对应分系统的通信正常，就可分析得到码垛车移送位置传感器故障的第二类故障编码，通过调出对应故障专家库内容在故障诊断界面进行反馈。