选煤厂集控通信PLC远程I/O抗干扰故障处理的分析

1张二厂集中控制系统情况

在工业PLC控制系统中,远程I/O是一种高速局域网络,实际上就是以总线的方式将输入/输出设备和中央控制器(CPU）连接起来,从而实现对输入/输出设备的远程控制的一种解决方案。总线方式有多种,张二厂采用的是Profibus-DP现场总线,通信介质为RG6同轴电缆和4芯多模光纤。

张二厂集中控制系统采用的是施耐德昆腾(ouantum）系列的PLC硬件,主站通信模块(CRP）和分站通信模块(CRA）通过RG6同轴电缆+光纤中继器+多模光纤实现主站同分站的数据传输和交换。主站网络模块(NOE）通过16口交换机+RJ45网线,利用以太网实现主站和调度操作电脑的数据交换。具体通信形式如图1所示。

张二厂集中控制系统主站由电源模块(CPS）、中央数据处理器(CPU）、网络模块(NOE）、通信模块(CRP）、机架(XBP）组成,分站由电源模块、通信模块、若干数据量输入模块、若干数据量输出模块、模拟量输入模块、背板扩展模块、机架等组成;主站一个,分站五个(分别为主厂房1#分站、主厂房2#分站、筛分3#分站、浓缩4#分站、压滤5#分站）。

2张二厂集控系统通信故障情况

张二厂从建厂开始都存在设备正常开车过程中出现某一台或几台设备跳停现象。跳停后,再由调度集控开车,又能正常开车。这个故障有时候一天能发生几次,有时候一个月发生几次。跳停的设备没有规律,有时候是这个分站的某一台或几台设备,有时候是另外一个分站某一台或几台设备,有时候同时有几个分站的某一台或几台设备跳停。集控跳停故障会导致设备联锁停车,而且系统都是在带载情况下停车,容易造成设备压车和其他问题,给张二厂的正常生产带来了很大的隐患。

3集控通信故障可能存在的原因分析

经过现场分析,在排除了设备本身的原因、集控程序问题、PLC硬件问题后,认为故障主要是其他方面的信号干扰导致通信不正常而造成的。这些干扰可能由以下原因引起:

(1）数据传输过程中数据信号反射、重复叠加。在集中控制系统中的远程输入/输出端的开始和末尾要安装一定阻值的电阻,来吸收数据传输过程中的多余能量,减少或者消除信号反射。在整个集中控制系统中终端接头数量多,终端接头制作质量不高,也会影响到整个集控系统的数据传输。

(2）供配电系统中使用变频器,变频器产生的谐波会对整个集控系统的通信产生干扰。如果一个选煤厂在设计时,配置了很多变频器,变频器的动力电缆没有使用屏蔽电缆并可靠接地,同时和其他普通控制电缆和动力电缆未分开,在变频器运行过程中产生的谐波会通过电缆影响整个集中控制系统。

(3）设备接地不规范。集中控制系统的接地按照要求需要敷设独立接地系统,和厂房内部其他设备的接地系统分开。在日常接地系统维护过程中,可能由于电气维修工不按照要求进行接地系统维护,把集中控制系统接地系统和其他设备接地系统连在了一起,这样接地极之间存在着微小的电位差,由此形成的在接地线间的电流也会进入集中控制系统形成干扰。

(4）集中控制系统分站控制柜内的分支器未有效屏蔽。为了防止数据传输过程中产生的辐射干扰,分支器应安装在远离柜体的位置,并用专门的金属屏蔽盒进行屏蔽并接地。

(5）集中控制系统分站内同轴通信电缆的长度不符合要求。根据设计规范要求集中控制系统分站同轴通信电缆的长度要在2.5～50m范围内,电缆太短信号会在分支器产生信号反射,这会在分站适配器中产生误差;而太长会造成信号衰减,同样会产生信号误差。

(6）产生干扰的其他原因。例如无线通信(手机、对讲机等）引起的干扰、供电电网波动引起的干扰等。

4排除通信干扰的措施

针对以上可能对通信造成干扰的原因进行认真分析:

(1）张二厂在远程I/O的始端和末端都加装了75Ω终端电阻,以吸收末端信号的多余能量。用万用表对电阻进行了检测,电阻都完好,所以信号反射这个原因不存在。同时用万用表对PLC柜内同轴电缆的接头都进行了检测,电缆接头良好,不存在问题。

(2）大量变频器的存在产生的谐波干扰通信系统。由于张二厂在建厂和技术改造中并没有选用变频器,所以变频器产生的谐波干扰通信系统不存在。

(3）系统接地存在问题。由于张二厂在建厂时主站和分站并没有单独接地,都是和厂房其他设备接地网连接在一起的,因此其他电气系统的干扰通过接地系统进入PLC是存在可能的。

(4）PLC柜体内的分支器安装位置不合理。张二厂分站的分支器都是安装在PLC柜体内的,并没有有效接地。所以干扰信号通过分支器进入PLC系统的可能性是存在的。

(5）PLC柜体内电缆的长度不符合要求,张二厂主站和分站PLC柜内同轴电缆长度基本在1.0～1.5m左右,电缆太短信号会在分支器产生反射,在分站适配器中产生误差,影响通信。所以分站同轴电缆过短影响通信正常,这个原因是存在的。

通过分析,可能对通信造成干扰的原因主要有:系统接地存在问题、PLC柜内的分支器位置安装不合理并且没有有效接地、PLC柜内同轴电缆长度太短易造成信号反射。

解决通信故障采取的措施:

(1）重新设计布置接地系统。调度机房内的PLC主站、主厂房2个分站、筛分厂房分站、浓缩车间分站、压滤车间分站都单独重新埋设接地极,和厂房设备接地网分开。

(2）PLC柜内分支器加装专门的金属屏蔽盒进行屏蔽,并且屏蔽盒有效接地。

(3）PLC柜内同轴电缆的长度统一取3m长,所有同轴电缆按照3m的长度重新制作更换。

采取了以上措施后,通信干扰问题得到了解决,张二厂集控系统运行至今整个PLC系统再没有出现类似的设备跳停故障现象。

5结语

PLC远程I/O通信的抗干扰问题比较复杂,出现的故障现象也是多种多样的。但故障产生的原因基本上都是没有严格按规范设计施工、强高次谐波干扰或接地系统存在问题。通过对通信故障的处理,消除了设备正常开车过程中的跳停现象,确保了安全生产。