1張二廠集中控制系統(tǒng)情況

在工業(yè)PLC控制系統(tǒng)中,遠(yuǎn)程I/O是一種高速局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)際上就是以總線的方式將輸入/輸出設(shè)備和中央控制器(CPU）連接起來(lái),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入/輸出設(shè)備的遠(yuǎn)程控制的一種解決方案。總線方式有多種,張二廠采用的是Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線,通信介質(zhì)為RG6同軸電纜和4芯多模光纖。

張二廠集中控制系統(tǒng)采用的是施耐德昆騰(ouantum）系列的PLC硬件,主站通信模塊(CRP）和分站通信模塊(CRA）通過(guò)RG6同軸電纜+光纖中繼器+多模光纖實(shí)現(xiàn)主站同分站的數(shù)據(jù)傳輸和交換。主站網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE）通過(guò)16口交換機(jī)+RJ45網(wǎng)線,利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主站和調(diào)度操作電腦的數(shù)據(jù)交換。具體通信形式如圖1所示。

張二廠集中控制系統(tǒng)主站由電源模塊(CPS）、中央數(shù)據(jù)處理器(CPU）、網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE）、通信模塊(CRP）、機(jī)架(XBP）組成,分站由電源模塊、通信模塊、若干數(shù)據(jù)量輸入模塊、若干數(shù)據(jù)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、背板擴(kuò)展模塊、機(jī)架等組成;主站一個(gè),分站五個(gè)(分別為主廠房1#分站、主廠房2#分站、篩分3#分站、濃縮4#分站、壓濾5#分站）。

2張二廠集控系統(tǒng)通信故障情況

張二廠從建廠開(kāi)始都存在設(shè)備正常開(kāi)車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)某一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備跳?，F(xiàn)象。跳停后,再由調(diào)度集控開(kāi)車(chē),又能正常開(kāi)車(chē)。這個(gè)故障有時(shí)候一天能發(fā)生幾次,有時(shí)候一個(gè)月發(fā)生幾次。跳停的設(shè)備沒(méi)有規(guī)律,有時(shí)候是這個(gè)分站的某一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備,有時(shí)候是另外一個(gè)分站某一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備,有時(shí)候同時(shí)有幾個(gè)分站的某一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備跳停。集控跳停故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備聯(lián)鎖停車(chē),而且系統(tǒng)都是在帶載情況下停車(chē),容易造成設(shè)備壓車(chē)和其他問(wèn)題,給張二廠的正常生產(chǎn)帶來(lái)了很大的隱患。

3集控通信故障可能存在的原因分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析,在排除了設(shè)備本身的原因、集控程序問(wèn)題、PLC硬件問(wèn)題后,認(rèn)為故障主要是其他方面的信號(hào)干擾導(dǎo)致通信不正常而造成的。這些干擾可能由以下原因引起:

(1）數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)信號(hào)反射、重復(fù)疊加。在集中控制系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程輸入/輸出端的開(kāi)始和末尾要安裝一定阻值的電阻,來(lái)吸收數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的多余能量,減少或者消除信號(hào)反射。在整個(gè)集中控制系統(tǒng)中終端接頭數(shù)量多,終端接頭制作質(zhì)量不高,也會(huì)影響到整個(gè)集控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

(2）供配電系統(tǒng)中使用變頻器,變頻器產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)整個(gè)集控系統(tǒng)的通信產(chǎn)生干擾。如果一個(gè)選煤廠在設(shè)計(jì)時(shí),配置了很多變頻器,變頻器的動(dòng)力電纜沒(méi)有使用屏蔽電纜并可靠接地,同時(shí)和其他普通控制電纜和動(dòng)力電纜未分開(kāi),在變頻器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的諧波會(huì)通過(guò)電纜影響整個(gè)集中控制系統(tǒng)。

(3）設(shè)備接地不規(guī)范。集中控制系統(tǒng)的接地按照要求需要敷設(shè)獨(dú)立接地系統(tǒng),和廠房?jī)?nèi)部其他設(shè)備的接地系統(tǒng)分開(kāi)。在日常接地系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中,可能由于電氣維修工不按照要求進(jìn)行接地系統(tǒng)維護(hù),把集中控制系統(tǒng)接地系統(tǒng)和其他設(shè)備接地系統(tǒng)連在了一起,這樣接地極之間存在著微小的電位差,由此形成的在接地線間的電流也會(huì)進(jìn)入集中控制系統(tǒng)形成干擾。

(4）集中控制系統(tǒng)分站控制柜內(nèi)的分支器未有效屏蔽。為了防止數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的輻射干擾,分支器應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離柜體的位置,并用專(zhuān)門(mén)的金屬屏蔽盒進(jìn)行屏蔽并接地。

(5）集中控制系統(tǒng)分站內(nèi)同軸通信電纜的長(zhǎng)度不符合要求。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求集中控制系統(tǒng)分站同軸通信電纜的長(zhǎng)度要在2.5～50m范圍內(nèi),電纜太短信號(hào)會(huì)在分支器產(chǎn)生信號(hào)反射,這會(huì)在分站適配器中產(chǎn)生誤差;而太長(zhǎng)會(huì)造成信號(hào)衰減,同樣會(huì)產(chǎn)生信號(hào)誤差。

(6）產(chǎn)生干擾的其他原因。例如無(wú)線通信(手機(jī)、對(duì)講機(jī)等）引起的干擾、供電電網(wǎng)波動(dòng)引起的干擾等。

4排除通信干擾的措施

針對(duì)以上可能對(duì)通信造成干擾的原因進(jìn)行認(rèn)真分析:

(1）張二廠在遠(yuǎn)程I/O的始端和末端都加裝了75Ω終端電阻,以吸收末端信號(hào)的多余能量。用萬(wàn)用表對(duì)電阻進(jìn)行了檢測(cè),電阻都完好,所以信號(hào)反射這個(gè)原因不存在。同時(shí)用萬(wàn)用表對(duì)PLC柜內(nèi)同軸電纜的接頭都進(jìn)行了檢測(cè),電纜接頭良好,不存在問(wèn)題。

(2）大量變頻器的存在產(chǎn)生的諧波干擾通信系統(tǒng)。由于張二廠在建廠和技術(shù)改造中并沒(méi)有選用變頻器,所以變頻器產(chǎn)生的諧波干擾通信系統(tǒng)不存在。

(3）系統(tǒng)接地存在問(wèn)題。由于張二廠在建廠時(shí)主站和分站并沒(méi)有單獨(dú)接地,都是和廠房其他設(shè)備接地網(wǎng)連接在一起的,因此其他電氣系統(tǒng)的干擾通過(guò)接地系統(tǒng)進(jìn)入PLC是存在可能的。

(4）PLC柜體內(nèi)的分支器安裝位置不合理。張二廠分站的分支器都是安裝在PLC柜體內(nèi)的,并沒(méi)有有效接地。所以干擾信號(hào)通過(guò)分支器進(jìn)入PLC系統(tǒng)的可能性是存在的。

(5）PLC柜體內(nèi)電纜的長(zhǎng)度不符合要求,張二廠主站和分站PLC柜內(nèi)同軸電纜長(zhǎng)度基本在1.0～1.5m左右,電纜太短信號(hào)會(huì)在分支器產(chǎn)生反射,在分站適配器中產(chǎn)生誤差,影響通信。所以分站同軸電纜過(guò)短影響通信正常,這個(gè)原因是存在的。

通過(guò)分析,可能對(duì)通信造成干擾的原因主要有:系統(tǒng)接地存在問(wèn)題、PLC柜內(nèi)的分支器位置安裝不合理并且沒(méi)有有效接地、PLC柜內(nèi)同軸電纜長(zhǎng)度太短易造成信號(hào)反射。

解決通信故障采取的措施:

(1）重新設(shè)計(jì)布置接地系統(tǒng)。調(diào)度機(jī)房?jī)?nèi)的PLC主站、主廠房2個(gè)分站、篩分廠房分站、濃縮車(chē)間分站、壓濾車(chē)間分站都單獨(dú)重新埋設(shè)接地極,和廠房設(shè)備接地網(wǎng)分開(kāi)。

(2）PLC柜內(nèi)分支器加裝專(zhuān)門(mén)的金屬屏蔽盒進(jìn)行屏蔽,并且屏蔽盒有效接地。

(3）PLC柜內(nèi)同軸電纜的長(zhǎng)度統(tǒng)一取3m長(zhǎng),所有同軸電纜按照3m的長(zhǎng)度重新制作更換。

采取了以上措施后,通信干擾問(wèn)題得到了解決,張二廠集控系統(tǒng)運(yùn)行至今整個(gè)PLC系統(tǒng)再?zèng)]有出現(xiàn)類(lèi)似的設(shè)備跳停故障現(xiàn)象。

5結(jié)語(yǔ)

PLC遠(yuǎn)程I/O通信的抗干擾問(wèn)題比較復(fù)雜,出現(xiàn)的故障現(xiàn)象也是多種多樣的。但故障產(chǎn)生的原因基本上都是沒(méi)有嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)施工、強(qiáng)高次諧波干擾或接地系統(tǒng)存在問(wèn)題。通過(guò)對(duì)通信故障的處理,消除了設(shè)備正常開(kāi)車(chē)過(guò)程中的跳?，F(xiàn)象,確保了安全生產(chǎn)。