自动化设备工控机功能失效简析

江春喜 董志恒 谢明理

[摘    要 ]在当前自动化智能化蓬勃发展的时代，工控机作为自动化设备的大脑部件，在承载人机交互、统筹控制方面起着不可替代的作用。以发動机工厂高精控制设备IPC为研究对象，对工控机的功能特点，常见失效模式及处理办法进行简单分析，以设备维保人员角度，为工控机软件类的功能修复及日常维护提供部分参考和建议，以提高工控机运行稳定性及使用寿命，进而提高自动化生产线运行效率，降低现场运营成本。

[关键词]IPC;工程软件;软件修复

[中图分类号]TH122 [文献标志码]A [文章编号]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

工控机一般指工业控制计算机，英文为Industrial Personal Computer，缩写为IPC，是使用总线结构和专属功能板卡来分析处理工业设备各系统信息，进而对生产过程、机电设备、工艺系统等进行检测和控制的电脑，其具有办公电脑的普遍特征，与计算机有相同的主板、处理器、硬盘、内存、外设和接口，甚至有相同的操作系统和人机界面，但其定制化的特殊性、应用设备的多样性、使用环境的复杂性又决定了工控机与普通电脑在硬件上、功能上的差异化，在实际应用场景中，两者一般是不能相互替换的。

1 工控机与普通电脑的区别

工控机和普通电脑都是一种平台运行程序的载体，但普通电脑更偏重于自动、高速地处理海量数据，偏重于使用者生活工作的便利化与灵活化，而工控机偏重于使用跨平台的组态软件进行不同设备系统的信息交换与统筹管理，偏重于自动化系统之间的控制、反馈与调整，是电脑针对工业生产进行的个性化升级与某一功能的再强化。普通电脑除了性能上的差异，不同厂家的电脑功能与硬件具有相似性，而工控机一般与自动化设备匹配，不同的设备使用的工控机差异性一般较大，其制造也一般是设备厂商与电脑厂家共同设计开发完成，具有不可随意替换性。因此工控机与普通电脑具有硬件功能和失效模式方面的区别。

1.1 硬件与功能区别

普通电脑作为办公及娱乐产品，其使用环境相对简单单一，无特殊功能的设计要求，因此使用的硬件大致相似，只是针对不同人员的喜好要求，其外形和配置会有差异，但不离其个人使用的本质。而工控机为适应各类差异性的工业场合，其硬件一般具有以下特性。

（1）工控机需有较强的抗震动、抗冲击能力。在工业设备加工中，受不同刀具、不同工艺参数的影响，设备主轴、大功率电机、各类机械件移动等产生的震动会通过各类硬性连接传导至工控机，为降低抖动对工控机的影响，工控机大多采用铝合金或其他金属材料制成，集成化高，各类缓冲固定措施也较好。

（2）工控机需有很强的抗干扰能力。由于工业环境夹杂大量干扰噪声，大功率、大电流、高频转换等元件也会相互作用，为保证工控机的稳定运行，工控机要针对噪声、信号等具备良好的屏蔽和抗干扰性。

（3）工控机具备更多类型和数量的工业接口。由于工控机必须与不同的工业设备相连，其必须留有相应的串口、并口、高速总线、Profibus等不同信息的通道，保证不同硬件之间的连接，进而实现不同的控制功能。可参照笔者所在工厂某一精磨曲轴轴径设备工控机连接拓扑图，如图1所示。

1.2 故障模式区别

普通电脑故障偏重于解决硬件故障，如主板、屏幕、硬盘、内存条等异常问题，主要是指一般意义的故障处理，需要专业人士介入的故障修复。正常情况下，普通电脑的卡滞、软件崩溃、操作系统异常等，仅需要操作层面的杀毒清理、卸载重装或系统恢复即可，对电脑的正常功能不会产生较大的影响。

工控机的故障偏重于解决软件相关故障，如软件卡死、配置丢失、通信断开、控制失效等问题，主要是指导致设备停止自动运行或无法正常开启的工控机故障。正常情况下，由于工控机的硬件特性以及运行状态的稳定性，工控机不易出现硬件问题，一旦出现，鉴于维保人员能力问题，一般操作是整体更换工控机。但处理工控机内安装的各类软件类异常故障，不能像处理普通电脑那样卸载重装软件，首先由于设备供应商隐私设置或技术保密方面问题，供应商一般不提供工业软件的安装文件，即使有提供且可以安装，也需要考虑软件各种参数、端口、指针、配置方面的设置，工作量也比较大，而且需要慎重进行还原系统操作，若还原的镜像文件是几个月前的，在这几个月期间由于加工的不断进行，加工参数或支持文件实时变化，贸然进行还原操作可能需要花大量的时间进行调整测试。

2 工控机失效模式与原因

本文讨论工控机问题主要基于现场常见的软件类故障及功能失效展开，以笔者维修现场工控机异常经验，工控机失效模式主要分为以下几种。

2.1 软件数据源问题

问题主要指工控软件未及时收到其要处理数据信息，如图2所示，某设备主要软件系统所示，设备主要运行JUPRO管理软件，其他软件系统通过Profibus、Profinet或串口线将设备其他系统信息传至管理软件，若出现外部硬件损坏、信号干扰或调用文件丢失，则会产生软件功能故障，设备无法开启。

2.2 软件本身问题

问题主要指软件卡顿，占用CPU负荷高，或软件界面显示异常，操作指令无响应等。此类问题一般受软件本身设置或软件配置影响，软件设置出错、通信卡滞、冗余文件或临时文件生成过多，软件所需的文件丢失或必须系统项目启动异常等会产生该类问题。

2.3 软件输出响应问题

问题主要指软件无结果输出或信号输出异常，主要受后续软硬件连接、软件设置、操作异常及输入源信号异常影响。如笔者先前遇到一个无法正常输出结果文件的案例，原因为设置中对软件输出上限及软件输出字符代码进行了限制，设备经过五年的运行已超过设置值及限制导致软件功能失效。

由于生产线工控机工控软件的复杂性、接口的多样性、现场环境、操作者的习惯等有不同，工控软件亦会产生一些无原因的失效。当设备异常开关机、设备长久停机、不合理地使用U盘等外部设备时，对工控软件的稳定运行也会产生一定的影响。

3 工控机失效一般的解决方法

针對工控机软件报警或功能失效，生产现场为避免大量生产损失易采用由简至繁的处理措施，主要思路是先排查硬件，再检查软件，先检查设置再检查文件，先还原支持目录再还原镜像文件。

（1）检查报警相关的外部硬件，包括连接线缆、处理单元、相关传感器、检测仪器等，存在异常则修复。

（2）根据异常信息判断软件系统问题点，图2是该精密设备软件系统软件对应支持目录，判断是JUPRO、JUWOP/U、DITTEL还是MARPOSS系统的问题，还原相关软件的参数备份和软件设置。

（3）如图3所示，找到问题软件对应的支持目录，使用以往的备份文件或文件夹覆盖目录文件，同时重启软件和系统刷新对文件的调用。

（4）还原软件所在盘符的镜像或整机镜像，并进行部分参数的重写与恢复。操作过程中若无先前的文件备份，可拷贝同类型设备上文件进行使用，且在软件重新启用前，注意工艺参数是否有变更、加工程序是否有变化、软件设置是否正确等问题。

4 工控机日常维护

工控机的备件成本是普通电脑的数倍以上，保证工控机长期处于较稳定的工作状态，进而延长其使用期限，可以有效降低生产线损失和成本消耗，因此工控机的日常硬件及软件维护必不可少。工控机的硬件维护主要包括工控机风扇的定期清理、工控机箱风口日常清洁、油污、尘埃密封防护、各种线缆连接状况、各种接地的检查等，也包括规范化的开关机、U盘等设备使用操作等。工控机的软件维护主要包括工程软件的正当操作，工程软件的周期性参数备份，软件配置文件、支持性文件的备份存档等，也包括工控系统定期的垃圾清理与镜像备份等，很多操作与普通电脑的优化性操作一致。

5 结束语

当前各类企业的自动化程度不断提高，设备代替人工操作，机器智能取代人工分析，各行各业都在享受着自动化、智能化带来的福利。工控机作为自动化设备主控单元，是连接设备数控伺服系统、测量分析系统、各辅助加工系统的桥梁与大脑，是未来工厂智能化进程的一大助力，也是设备管理人员需重点关注的部件之一。笔者以处理发动机工厂某精加工设备IPC经验为基础，通过对比与普通电脑区别，分析工业电脑特殊的失效模式与原因，提出应对工控机功能失效的方法与日常维护方式，期望给自动化生产线工控机方面的问题解决提供部分思路与启发。

参考文献

[1] 薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 李定川.基于PLC的化学水处理厂控制系统[J].智慧工厂，2017（1）：80-82.