1張二廠集中控制系統(tǒng)情況

在工業(yè)PLC控制系統(tǒng)中,遠程I/O是一種高速局域網(wǎng)絡,實際上就是以總線的方式將輸入/輸出設備和中央控制器(CPU）連接起來,從而實現(xiàn)對輸入/輸出設備的遠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RG6同軸電纜+光纖中繼器+多模光纖實現(xiàn)主站同分站的數(shù)據(jù)傳輸和交換。主站網(wǎng)絡模塊(NOE）通過16口交換機+RJ45網(wǎng)線,利用以太網(wǎng)實現(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)絡模塊(NOE）、通信模塊(CRP）、機架(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、背板擴展模塊、機架等組成;主站一個,分站五個(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

張二廠從建廠開始都存在設備正常開車過程中出現(xiàn)某一臺或幾臺設備跳?，F(xiàn)象。跳停后,再由調(diào)度集控開車,又能正常開車。這個故障有時候一天能發(fā)生幾次,有時候一個月發(fā)生幾次。跳停的設備沒有規(guī)律,有時候是這個分站的某一臺或幾臺設備,有時候是另外一個分站某一臺或幾臺設備,有時候同時有幾個分站的某一臺或幾臺設備跳停。集控跳停故障會導致設備聯(lián)鎖停車,而且系統(tǒng)都是在帶載情況下停車,容易造成設備壓車和其他問題,給張二廠的正常生產(chǎn)帶來了很大的隱患。

3集控通信故障可能存在的原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場分析,在排除了設備本身的原因、集控程序問題、PLC硬件問題后,認為故障主要是其他方面的信號干擾導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)傳輸過程中數(shù)據(jù)信號反射、重復疊加。在集中控制系統(tǒng)中的遠程輸入/輸出端的開始和末尾要安裝一定阻值的電阻,來吸收數(shù)據(jù)傳輸過程中的多余能量,減少或者消除信號反射。在整個集中控制系統(tǒng)中終端接頭數(shù)量多,終端接頭制作質(zhì)量不高,也會影響到整個集控系統(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)生的諧波會對整個集控系統(tǒng)的通信產(chǎn)生干擾。如果一個選煤廠在設計時,配置了很多變頻器,變頻器的動力電纜沒有使用屏蔽電纜并可靠接地,同時和其他普通控制電纜和動力電纜未分開,在變頻器運行過程中產(chǎn)生的諧波會通過電纜影響整個集中控制系統(tǒng)。

(3）設備接地不規(guī)范。集中控制系統(tǒng)的接地按照要求需要敷設獨立接地系統(tǒng),和廠房內(nèi)部其他設備的接地系統(tǒng)分開。在日常接地系統(tǒng)維護過程中,可能由于電氣維修工不按照要求進行接地系統(tǒng)維護,把集中控制系統(tǒng)接地系統(tǒng)和其他設備接地系統(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進入集中控制系統(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)傳輸過程中產(chǎn)生的輻射干擾,分支器應安裝在遠離柜體的位置,并用專門的金屬屏蔽盒進行屏蔽并接地。

(5）集中控制系統(tǒng)分站內(nèi)同軸通信電纜的長度不符合要求。根據(jù)設計規(guī)范要求集中控制系統(tǒng)分站同軸通信電纜的長度要在2.5～50m范圍內(nèi),電纜太短信號會在分支器產(chǎn)生信號反射,這會在分站適配器中產(chǎn)生誤差;而太長會造成信號衰減,同樣會產(chǎn)生信號誤差。

(6）產(chǎn)生干擾的其他原因。例如無線通信(手機、對講機等）引起的干擾、供電電網(wǎng)波動引起的干擾等。

4排除通信干擾的措施

針對以上可能對通信造成干擾的原因進行認真分析:

(1）張二廠在遠程I/O的始端和末端都加裝了75Ω終端電阻,以吸收末端信號的多余能量。用萬用表對電阻進行了檢測,電阻都完好,所以信號反射這個原因不存在。同時用萬用表對PLC柜內(nèi)同軸電纜的接頭都進行了檢測,電纜接頭良好,不存在問題。

(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)接地存在問題。由于張二廠在建廠時主站和分站并沒有單獨接地,都是和廠房其他設備接地網(wǎng)連接在一起的,因此其他電氣系統(tǒng)的干擾通過接地系統(tǒng)進入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,并沒有有效接地。所以干擾信號通過分支器進入PLC系統(tǒng)的可能性是存在的。

(5）PLC柜體內(nèi)電纜的長度不符合要求,張二廠主站和分站PLC柜內(nèi)同軸電纜長度基本在1.0～1.5m左右,電纜太短信號會在分支器產(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短影響通信正常,這個原因是存在的。

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

解決通信故障采取的措施:

(1）重新設計布置接地系統(tǒng)。調(diào)度機房內(nèi)的PLC主站、主廠房2個分站、篩分廠房分站、濃縮車間分站、壓濾車間分站都單獨重新埋設接地極,和廠房設備接地網(wǎng)分開。

(2）PLC柜內(nèi)分支器加裝專門的金屬屏蔽盒進行屏蔽,并且屏蔽盒有效接地。

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

采取了以上措施后,通信干擾問題得到了解決,張二廠集控系統(tǒng)運行至今整個PLC系統(tǒng)再沒有出現(xiàn)類似的設備跳停故障現(xiàn)象。

5結(jié)語

PLC遠程I/O通信的抗干擾問題比較復雜,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有嚴格按規(guī)范設計施工、強高次諧波干擾或接地系統(tǒng)存在問題。通過對通信故障的處理,消除了設備正常開車過程中的跳停現(xiàn)象,確保了安全生產(chǎn)。