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現場總線,通信介質為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+多模光纖實現主站同分站的數據傳輸和交換。主站網絡模塊(NOE）通過16口交換機+RJ45網線,利用以太網實現主站和調度操作電腦的數據交換。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）、中央數據處理器(CPU）、網絡模塊(NOE）、通信模塊(CRP）、機架(XBP）組成,分站由電源模塊、通信模塊、若干數據量輸入模塊、若干數據量輸出模塊、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某一臺或幾臺設備跳?，F象。跳停后,再由調度集控開車,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

經過現場分析,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）數據傳輸過程中數據信號反射、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,來吸收數據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)中終端接頭數量多,終端接頭制作質量不高,也會影響到整個集控系統(tǒng)的數據傳輸。

(2）供配電系統(tǒng)中使用變頻器,變頻器產生的諧波會對整個集控系統(tǒng)的通信產生干擾。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)分站控制柜內的分支器未有效屏蔽。為了防止數據傳輸過程中產生的輻射干擾,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)分站內同軸通信電纜的長度不符合要求。根據設計規(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,電纜太短信號會在分支器產生信號反射,這會在分站適配器中產生誤差;而太長會造成信號衰減,同樣會產生信號誤差。

(6）產生干擾的其他原因。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生的諧波干擾通信系統(tǒng)。由于張二廠在建廠和技術改造中并沒有選用變頻器,所以變頻器產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柜體內電纜的長度不符合要求,張二廠主站和分站PLC柜內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生反射,在分站適配器中產生誤差,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柜內的分支器位置安裝不合理并且沒有有效接地、PLC柜內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)。調度機房內的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,和廠房設備接地網分開。

(2）PLC柜內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)再沒有出現類似的設備跳停故障現象。

5結語

PLC遠程I/O通信的抗干擾問題比較復雜,出現的故障現象也是多種多樣的。但故障產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?，F象,確保了安全生產。