化工企業(yè)PLC系統(tǒng)誤動(dòng)作停車故障原因分析及對(duì)策

1 引言

現(xiàn)代化工企業(yè)為了確保安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)有基于plc技術(shù)的esd安全聯(lián)鎖停車系統(tǒng)。當(dāng)工藝過(guò)程中發(fā)生超溫、超壓、超液位等危險(xiǎn)情況下，plc系統(tǒng)準(zhǔn)確停車，確保化工生產(chǎn)過(guò)程不發(fā)生著火、爆炸等重大事故。

但是如果plc聯(lián)鎖系統(tǒng)自身故障干擾等原因，可造成系統(tǒng)非正常停車，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)有時(shí)是重大的損失。作者從事plc聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)維護(hù)技術(shù)改造幾十年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以下幾種問(wèn)題提出自己的看法與觀點(diǎn)，供同行參考。

2 故障原因分析及對(duì)策

2.1 硬故障造成停車

(1)接線松動(dòng)造成停車。大部分plc系統(tǒng)外部接線方式為正常帶電吸合，斷電停車，顯然，接線螺絲松動(dòng)，就可以造成停車故障。這種停車故障占企業(yè)停車的大多數(shù)，平時(shí)注意維護(hù)，有檢修機(jī)會(huì)注意檢查線路，緊固接線螺絲，則可以避免。

(2)繼電器、按鈕觸頭松動(dòng)造成停車。繼電器、按鈕等接觸觸點(diǎn)是靠彈簧壓力來(lái)保持緊密接觸。當(dāng)使用時(shí)間長(zhǎng)或產(chǎn)品質(zhì)量差時(shí)，彈簧過(guò)早出現(xiàn)疲勞而松動(dòng)，造成停車故障發(fā)生。

應(yīng)對(duì)措施是：

定期更換繼電器、按鈕等元器件;(有一機(jī)組繼電器聯(lián)鎖系統(tǒng)曾多次出現(xiàn)莫名其妙的停車，后來(lái)發(fā)現(xiàn)繼電器觸頭接觸不良，更換繼電器故障消除)。

雙觸點(diǎn)并聯(lián)接線(對(duì)于斷開(kāi)停車)。

(3)一次檢測(cè)元件的損壞造成停車。一次測(cè)量元件如：變送器、傳感器、壓力開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)等突然損壞，即可造成停車故障，應(yīng)對(duì)措施：

三選二方式：選用三個(gè)元件測(cè)量。三選二方式停車如壓力開(kāi)關(guān)等可采用此辦法。

二選二方式：選用二個(gè)測(cè)量元件測(cè)量。同時(shí)動(dòng)作時(shí)停車，如雙支熱偶、熱阻等。

二選一智能切換方式：選用二個(gè)測(cè)量元件測(cè)量，如雙支熱偶、熱阻等。一主一備，當(dāng)檢測(cè)主測(cè)量元件開(kāi)路時(shí)，自動(dòng)切換到備用測(cè)量元件工作。

定期更換：選用質(zhì)量高、可靠性高的一次測(cè)量元件定期更換，更換下來(lái)的測(cè)量元件可降級(jí)使用。

(4)plc本身硬件故障造成停車。由plc本身由于卡件損壞而引發(fā)停車，可采用：

cpu卡、i/o卡、通信卡雙冗余方式;

三個(gè)plc運(yùn)行在三選二方式;

三選二plc(如esd)。

2.2 通訊故障造成的停車

plc與dcs本身故障率很低，但plc與plc或plc與dcs間通訊故障發(fā)生率偏高。dcs內(nèi)停車聯(lián)鎖信號(hào)通過(guò)通訊口傳到plc進(jìn)行停車時(shí)，由于通訊中斷則發(fā)生停車大事故。應(yīng)對(duì)措施：

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量少用通訊口傳遞聯(lián)鎖信號(hào)，可采用單plc控制系統(tǒng)或單dcs系統(tǒng)或dcs系統(tǒng)自帶esd子站系統(tǒng)。

(2)通過(guò)plc硬卡件i/o與dcs硬卡件i/o連線對(duì)接方式傳遞聯(lián)鎖信號(hào)。

(3)模擬信號(hào)可用隔離分配器一分為二，一路進(jìn)dcs顯示報(bào)警，一路進(jìn)plc聯(lián)鎖停車。

2.3 干擾故障造成的停車

(1)雷電造成的干擾。

裝在塔頂或高處的變送器、調(diào)節(jié)閥限位開(kāi)關(guān)容易受到強(qiáng)雷電的干擾，采取的對(duì)策是選用封閉式電纜金屬橋架，橋架之間焊接螺絲并用接地線連接，還要將接地線穿過(guò)穿線管與變送器保護(hù)箱焊接螺絲聯(lián)接。保護(hù)箱采用金屬保護(hù)箱。

(2)靜電造成的干擾。

i/o端子來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的電纜會(huì)積累靜電，有時(shí)靜電會(huì)很高，使plc輸入卡誤導(dǎo)通而引發(fā)停車。應(yīng)對(duì)措施：plc i/o端子并接電容以釋放靜電積累。

進(jìn)入plc控制室內(nèi)不穿防靜電服，穿化纖外衣，內(nèi)穿毛衣,在脫衣時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的靜電，對(duì)機(jī)柜放電，易造成plc死機(jī)故障，造成系統(tǒng)停車。要特別注意這種情況，機(jī)房重地，閑人免進(jìn)，并有規(guī)章可循。

(3)220v交流電壓對(duì)plc 24v i/o回路干擾造成停車。

plc 24v i/o回路(開(kāi)關(guān)量)大部分來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，24v線路與220vac線路出現(xiàn)并行走線或同穿一根電纜穿線管時(shí)，220vac大電壓對(duì)24v產(chǎn)生了干擾?？沙霈F(xiàn)plc開(kāi)關(guān)量卡輸入指示燈低頻爍動(dòng)或瞬間導(dǎo)通一下等故障現(xiàn)象而造成停車。應(yīng)對(duì)措施：

電纜橋架設(shè)計(jì)時(shí)，最好把4-20ma模擬量信號(hào)線、plc 24v i/o開(kāi)關(guān)量信號(hào)線、220vac電源線或信號(hào)線分槽敷設(shè)。

plc i/o端子上并接50-100μf電容，以釋放大的交流電信號(hào)。

plc采用220vac輸入卡件，以提高導(dǎo)通門坎電壓，增強(qiáng)抗干擾能力。

plc i/o開(kāi)關(guān)量回路供電電源采用隔離加凈化電源。

進(jìn)plc i/o開(kāi)關(guān)量輸入卡前加繼電器隔離，繼電器的抗干擾能力比plc卡強(qiáng)，可以有效阻斷干擾信號(hào)造成的誤動(dòng)作停車。

常開(kāi)觸點(diǎn)變成常閉觸點(diǎn)。正常生產(chǎn)中如果現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)是常開(kāi)的，閉合停車。這種觸點(diǎn)易受到干擾(因?yàn)檎殡妷盒?。可以采用取其常閉觸點(diǎn)，正常生產(chǎn)過(guò)程中閉合，斷開(kāi)停產(chǎn)，則抗干擾能力增強(qiáng)(因?yàn)檎?strong>電流型)。

(4)軟件抗干擾措施。

軟開(kāi)關(guān)頻蔽法：例如，一設(shè)備總停車信號(hào)a常出現(xiàn)干擾誤動(dòng)作而停車，而引起該設(shè)備停車的8路信號(hào)卻沒(méi)有動(dòng)作。經(jīng)分析，如果8路信號(hào)任一路出現(xiàn)動(dòng)作后應(yīng)該出現(xiàn)a信號(hào)停車。而8路信號(hào)都沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，則不應(yīng)該出現(xiàn)a信號(hào)停車，出現(xiàn)a信號(hào)則為干擾信號(hào)。顯然再增加一個(gè)用8路信號(hào)的常開(kāi)觸點(diǎn)(正常閉合)串聯(lián)與a信號(hào)常開(kāi)觸點(diǎn)(正常閉合)并聯(lián)，則可有效地頻蔽了干擾信號(hào)。這里要注意的是，出現(xiàn)a信號(hào)停車只有且唯一是由8路信號(hào)引起的，沒(méi)有其他因素。否則，不能用此方法。

加軟延時(shí)器法：此方法為常用方法。加延時(shí)頻蔽掉頻率較快的干擾，但延時(shí)時(shí)間要考慮工藝與設(shè)備能夠承受的最小時(shí)間，否則會(huì)發(fā)生意外。

二位閥軟件抗干擾法：二位閥限位開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作信號(hào)而實(shí)際閥未動(dòng)作，可采用二限位開(kāi)關(guān)信號(hào)互為互鎖條件，可有效避免了干擾信號(hào)。要注意閥卡在中間位置對(duì)化工系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生什么影響，以確認(rèn)能否采用此法。

(5)變頻器電磁輻射干擾造成停車。

有些情況下plc的輸出4-20ma到變頻器輸入端、變頻器輸出4-20ma到plc的輸入端進(jìn)行連接。由于變頻器產(chǎn)生高次諧波，所以在plc的輸入端和輸出端都出現(xiàn)了較大的干擾，使plc系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。應(yīng)對(duì)措施：

輸入端和輸出端都加隔離卡，可以有效地阻斷干擾信號(hào)。

plc輸入卡和輸出卡各通道間都必須是相互隔離的。

4-20ma模擬量信號(hào)電纜要單獨(dú)走屏蔽電纜橋架或鋼管穿線管。

3 結(jié)束語(yǔ)

plc系統(tǒng)抗干擾排除誤動(dòng)作，一直是化工自動(dòng)化行業(yè)一大難題。對(duì)于故障的排除，要不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，細(xì)心觀察才能找出問(wèn)題所在，特別是干擾問(wèn)題，現(xiàn)象無(wú)重復(fù)，偶然性太大，千變?nèi)f化，是最棘手的。只有通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，才能從千變?nèi)f化中找出規(guī)律，得出正確的結(jié)論，加以解決。

當(dāng)然，千萬(wàn)要記住，矯枉不可過(guò)正，一味地采取加大抗干擾的力度，可能造成不停車(正常工藝停車時(shí))故障，例如二選二(要慎用)，可能造成不能停車的大事故，畢竟我們的聯(lián)鎖系統(tǒng)主要的任務(wù)是停車，這樣最大限度地保證安全，安全才是第一位的。