自動化設備工控機功能失效簡析

江春喜 董志恒 謝明理

[摘 ? ?要 ]在當前自動化智能化蓬勃發展的時代，工控機作為自動化設備的大腦部件，在承載人機交互、統籌控制方面起著不可替代的作用。以發動機工廠高精控制設備IPC為研究對象，對工控機的功能特點，常見失效模式及處理辦法進行簡單分析，以設備維保人員角度，為工控機軟件類的功能修復及日常維護提供部分參考和建議，以提高工控機運行穩定性及使用壽命，進而提高自動化生產線運行效率，降低現場運營成本。

[關鍵詞]IPC;工程軟件;軟件修復

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]In the current era of vigorous development of automation and intelligence， industrial computers， as the brain components of automation equipment， play an irreplaceable role in carrying human-computer interaction and overall control. This article takes the high-precision control equipment IPC of the engine factory as the research object， and makes a simple analysis of the functional characteristics， common failure modes and handling methods of the industrial computer. From the perspective of equipment maintenance personnel， it provides part for the functional repair and daily maintenance of industrial computer software. References and suggestions to improve the operating stability and service life of the industrial computer， thereby improving the operating efficiency of the automated production line and reducing on-site operating costs.

[Keywords]IPC; engineering software; software repair

工控機一般指工業控制計算機，英文為Industrial Personal Computer，縮寫為IPC，是使用總線結構和專屬功能板卡來分析處理工業設備各系統信息，進而對生產過程、機電設備、工藝系統等進行檢測和控制的電腦，其具有辦公電腦的普遍特征，與計算機有相同的主板、處理器、硬盤、內存、外設和接口，甚至有相同的操作系統和人機界面，但其定制化的特殊性、應用設備的多樣性、使用環境的復雜性又決定了工控機與普通電腦在硬件上、功能上的差異化，在實際應用場景中，兩者一般是不能相互替換的。

1 工控機與普通電腦的區別

工控機和普通電腦都是一種平臺運行程序的載體，但普通電腦更偏重于自動、高速地處理海量數據，偏重于使用者生活工作的便利化與靈活化，而工控機偏重于使用跨平臺的組態軟件進行不同設備系統的信息交換與統籌管理，偏重于自動化系統之間的控制、反饋與調整，是電腦針對工業生產進行的個性化升級與某一功能的再強化。普通電腦除了性能上的差異，不同廠家的電腦功能與硬件具有相似性，而工控機一般與自動化設備匹配，不同的設備使用的工控機差異性一般較大，其制造也一般是設備廠商與電腦廠家共同設計開發完成，具有不可隨意替換性。因此工控機與普通電腦具有硬件功能和失效模式方面的區別。

1.1 硬件與功能區別

普通電腦作為辦公及娛樂產品，其使用環境相對簡單單一，無特殊功能的設計要求，因此使用的硬件大致相似，只是針對不同人員的喜好要求，其外形和配置會有差異，但不離其個人使用的本質。而工控機為適應各類差異性的工業場合，其硬件一般具有以下特性。

（1）工控機需有較強的抗震動、抗沖擊能力。在工業設備加工中，受不同刀具、不同工藝參數的影響，設備主軸、大功率電機、各類機械件移動等產生的震動會通過各類硬性連接傳導至工控機，為降低抖動對工控機的影響，工控機大多采用鋁合金或其他金屬材料制成，集成化高，各類緩沖固定措施也較好。

（2）工控機需有很強的抗干擾能力。由于工業環境夾雜大量干擾噪聲，大功率、大電流、高頻轉換等元件也會相互作用，為保證工控機的穩定運行，工控機要針對噪聲、信號等具備良好的屏蔽和抗干擾性。

（3）工控機具備更多類型和數量的工業接口。由于工控機必須與不同的工業設備相連，其必須留有相應的串口、并口、高速總線、Profibus等不同信息的通道，保證不同硬件之間的連接，進而實現不同的控制功能。可參照筆者所在工廠某一精磨曲軸軸徑設備工控機連接拓撲圖，如圖1所示。

1.2 故障模式區別

普通電腦故障偏重于解決硬件故障，如主板、屏幕、硬盤、內存條等異常問題，主要是指一般意義的故障處理，需要專業人士介入的故障修復。正常情況下，普通電腦的卡滯、軟件崩潰、操作系統異常等，僅需要操作層面的殺毒清理、卸載重裝或系統恢復即可，對電腦的正常功能不會產生較大的影響。

工控機的故障偏重于解決軟件相關故障，如軟件卡死、配置丟失、通信斷開、控制失效等問題，主要是指導致設備停止自動運行或無法正常開啟的工控機故障。正常情況下，由于工控機的硬件特性以及運行狀態的穩定性，工控機不易出現硬件問題，一旦出現，鑒于維保人員能力問題，一般操作是整體更換工控機。但處理工控機內安裝的各類軟件類異常故障，不能像處理普通電腦那樣卸載重裝軟件，首先由于設備供應商隱私設置或技術保密方面問題，供應商一般不提供工業軟件的安裝文件，即使有提供且可以安裝，也需要考慮軟件各種參數、端口、指針、配置方面的設置，工作量也比較大，而且需要慎重進行還原系統操作，若還原的鏡像文件是幾個月前的，在這幾個月期間由于加工的不斷進行，加工參數或支持文件實時變化，貿然進行還原操作可能需要花大量的時間進行調整測試。

2 工控機失效模式與原因

本文討論工控機問題主要基于現場常見的軟件類故障及功能失效展開，以筆者維修現場工控機異常經驗，工控機失效模式主要分為以下幾種。

2.1 軟件數據源問題

問題主要指工控軟件未及時收到其要處理數據信息，如圖2所示，某設備主要軟件系統所示，設備主要運行JUPRO管理軟件，其他軟件系統通過Profibus、Profinet或串口線將設備其他系統信息傳至管理軟件，若出現外部硬件損壞、信號干擾或調用文件丟失，則會產生軟件功能故障，設備無法開啟。

2.2 軟件本身問題

問題主要指軟件卡頓，占用CPU負荷高，或軟件界面顯示異常，操作指令無響應等。此類問題一般受軟件本身設置或軟件配置影響，軟件設置出錯、通信卡滯、冗余文件或臨時文件生成過多，軟件所需的文件丟失或必須系統項目啟動異常等會產生該類問題。

2.3 軟件輸出響應問題

問題主要指軟件無結果輸出或信號輸出異常，主要受后續軟硬件連接、軟件設置、操作異常及輸入源信號異常影響。如筆者先前遇到一個無法正常輸出結果文件的案例，原因為設置中對軟件輸出上限及軟件輸出字符代碼進行了限制，設備經過五年的運行已超過設置值及限制導致軟件功能失效。

由于生產線工控機工控軟件的復雜性、接口的多樣性、現場環境、操作者的習慣等有不同，工控軟件亦會產生一些無原因的失效。當設備異常開關機、設備長久停機、不合理地使用U盤等外部設備時，對工控軟件的穩定運行也會產生一定的影響。

3 工控機失效一般的解決方法

針對工控機軟件報警或功能失效，生產現場為避免大量生產損失易采用由簡至繁的處理措施，主要思路是先排查硬件，再檢查軟件，先檢查設置再檢查文件，先還原支持目錄再還原鏡像文件。

（1）檢查報警相關的外部硬件，包括連接線纜、處理單元、相關傳感器、檢測儀器等，存在異常則修復。

（2）根據異常信息判斷軟件系統問題點，圖2是該精密設備軟件系統軟件對應支持目錄，判斷是JUPRO、JUWOP/U、DITTEL還是MARPOSS系統的問題，還原相關軟件的參數備份和軟件設置。

（3）如圖3所示，找到問題軟件對應的支持目錄，使用以往的備份文件或文件夾覆蓋目錄文件，同時重啟軟件和系統刷新對文件的調用。

（4）還原軟件所在盤符的鏡像或整機鏡像，并進行部分參數的重寫與恢復。操作過程中若無先前的文件備份，可拷貝同類型設備上文件進行使用，且在軟件重新啟用前，注意工藝參數是否有變更、加工程序是否有變化、軟件設置是否正確等問題。

4 工控機日常維護

工控機的備件成本是普通電腦的數倍以上，保證工控機長期處于較穩定的工作狀態，進而延長其使用期限，可以有效降低生產線損失和成本消耗，因此工控機的日常硬件及軟件維護必不可少。工控機的硬件維護主要包括工控機風扇的定期清理、工控機箱風口日常清潔、油污、塵埃密封防護、各種線纜連接狀況、各種接地的檢查等，也包括規范化的開關機、U盤等設備使用操作等。工控機的軟件維護主要包括工程軟件的正當操作，工程軟件的周期性參數備份，軟件配置文件、支持性文件的備份存檔等，也包括工控系統定期的垃圾清理與鏡像備份等，很多操作與普通電腦的優化性操作一致。

5 結束語

當前各類企業的自動化程度不斷提高，設備代替人工操作，機器智能取代人工分析，各行各業都在享受著自動化、智能化帶來的福利。工控機作為自動化設備主控單元，是連接設備數控伺服系統、測量分析系統、各輔助加工系統的橋梁與大腦，是未來工廠智能化進程的一大助力，也是設備管理人員需重點關注的部件之一。筆者以處理發動機工廠某精加工設備IPC經驗為基礎，通過對比與普通電腦區別，分析工業電腦特殊的失效模式與原因，提出應對工控機功能失效的方法與日常維護方式，期望給自動化生產線工控機方面的問題解決提供部分思路與啟發。

參考文獻

[1] 薛迎成，何堅強.工控機及組態控制技術原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2] 李定川.基于PLC的化學水處理廠控制系統[J].智慧工廠，2017（1）：80-82.