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制气PLC系统受变频干扰事故处理分析

[日期:2009-03-10] 来源:迁化  作者:韩玉刚 李桂友 [字体: ]

    河北迁安化肥有限公司的合成氨系统有Φ3.6 m间歇造气炉7台,2005年使用石家庄德隆公司的制气专用系统S7-200PLC,由7台单炉及公用部分计8S7-200PLC组成控制站,4台上位机组成操作站,控制站与操作站通过Profibus协议通讯。该系统自投运以来运行状况一直良好,但是由于软硬件的升级较快,原备品、备件的采购在市场上日渐缺乏,而新的CPU硬件需对软件进行升级。为了确保安全生产,提高制气效率,我公司决定于2008年年度大修期间对造气的操作站进行升级改造。

       升级方案

CPU4,主频1.8 GHz,内存256 MB,硬盘40 GB升级到酷睿2,双核,主频2.4 GHz,内存1 GMB,硬盘160 GB;监视器换22英寸晶显;主机操作系统由Windows NT4.0级到Windows 2000;西门子编程软件由Step7 V3.0级到Step7 V4.0,组态软件由WinCC4.0级到WinCC6.2,并将WinCC4.0下的项目转换到Win CC6.2中去。

上述方案于2008 10底实施,历时5 d调试完毕。1116日系统空运转良好,1182#5#6#炉时炉条机操作正常,但开1#3#4#7#炉的炉条机进行贫气置换时,出现如下故障:

       1.操作站的单阀手动按钮失控,起初怀疑组态时变量设置点未打通,经检查,WinCC组态各项设置均正常;

       2.通过编程软件Step7 V4.0监控PLC的程序运行状态发现,PLC与上位机的通讯有规律的时通时断,不仅手动按钮不起作用,所有点均已无法正常操作;

       3.将电气供电电源切断并由UPS供电时,通讯正常,而一旦转回电气供电,通讯故障立刻重现。

       故障分析

       1.电源方面

从电气车间了解得知,2#5#6#炉使用一段供电,1#3#4#7#炉使用二段供电。仪表使用的双路供电电源分别自1#变频柜、7#变频柜的电气母排引出。检查仪表的双路供电系统发现,正在使用的是7#变频柜的二段电源。当开2#5#6#炉的炉条机时,因为仪表使用的电源不同,所以能正常工作,而开1#3#4#7#炉的炉条机时,因处于同段供电且相距很近,致使变频器产生的谐波干扰通过电源线传入DCS系统,对通讯产生干扰。为验证此结论,将双路供电切换到一段后再开2#5#6#炉条机,果然出现故障,而开1#3#4#7#炉的炉条机,无故障出现。通过示波器观察确有大量谐波产生。

       2.DCS系统接地方面

       一般情况下,DCS控制系统需要2种接地:保护接地和工作接地。DCS系统保护接地是当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时,能有效保证接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地;工作接地系统能够为DCS提供屏蔽层,消除电子噪声干扰,并为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。PLC与操作站之间采用了Profibus通讯协议,传输的都是一些弱信号。对两种接地重新测量接地电阻,保护接地电阻小于1 Ω,符合要求,而EM277通讯模件的工作地却处于浮空状态,这就有可能使一些电气设备运行时产生的电磁干扰无法消除,从而对通讯产生干扰。

       3.电源线电磁辐射干扰

       主机及显示器均在操作站的铁制机柜内,造气炉的下灰联络信号及指示报警信号也布置在机柜内。当开启炉条机时,下灰指示灯明显被感应电点亮,说明机柜内有较强的电磁干扰,且7#炉的变频柜距离操作站很近,也容易产生电磁辐射干扰,而S7-200CP5611间的连接使用的是普通细芯通讯电缆及普通九针头,抗干扰能力差,易受电磁影响。

       故障处理

       1.更换电气供电电源的位置。将由变频器控制柜来的电源彻底断掉,由二变总站直接铺设两路电源进入仪表的双路供电控制回路。使用新电源后,通讯中断时间明显减少,但仍无法正常工作。

       2.加强通讯屏蔽。将通讯线及连接头更换为西门子提供的专用通讯电缆及连接器,通讯状况有了很大的改观,稳定运行了40 min后,出现了通讯中断现象,但随即正常。经过1晚上的运行观察发现,基本上每隔1 h左右就有持续23 min 的通讯间断现象。

       3.做好保护接地。因为工作接地不合格,重做接地,测试接地电阻小于0.4 Ω符合工作地的接地电阻要求。将工作地与系统接好后,系统通讯状态长时间未出现问题,但在运行36 h后偶尔出现了通讯中断现象,中断时间间隔长短不一,有时几个小时1次。

       4.远离干扰源。将4张电脑桌摆放在距离变频柜较远的地方,将操作站的电脑移出并重新连线启动。经过长时间的观察,系统状态稳定,再未出现过通讯中断的现象。
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