淺談西門子pcs7模擬量輸入信號(hào)顯示跳變問(wèn)題

淺談西門子pcs7模擬量輸入信號(hào)顯示跳變問(wèn)題

煤氣廠負(fù)責(zé)向該公司的高、中壓氣體供應(yīng)，如蒸汽和磷酸，并承擔(dān)部分加壓氣、溶解、碳形成和碳燃燒的任務(wù)。這是公司整體生產(chǎn)能否正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。為提高煤氣廠自動(dòng)化水平、保障期安全生產(chǎn)運(yùn)行,2004年中鋁廣西分公司在煤氣廠的造氣爐、排送機(jī)等崗位,選用了兩套德國(guó)西門子公司的PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是德國(guó)西門子公司推出的一種應(yīng)用于大型生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的、功能豐富的新型集散控制系統(tǒng),它基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),集成了傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),將兩者的功能有機(jī)的結(jié)合在一起。PCS7系統(tǒng)的特點(diǎn)是:所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺(tái),所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下,有同樣統(tǒng)一的軟件平臺(tái)。是一種適用于現(xiàn)在、面向未來(lái)的開(kāi)放型、全集成、高度安全的過(guò)程控制系統(tǒng)。煤氣廠安裝該系統(tǒng)后,技術(shù)人員進(jìn)行了調(diào)試,但期間該系統(tǒng)許多四線制電流輸入的模擬量輸入信號(hào)顯示異常。如不定期地跳變、或一直不停地顯示“無(wú)窮大”,使得操作人員很難準(zhǔn)確了解實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行情況和工藝狀況。針對(duì)這一問(wèn)題,技術(shù)人員組織攻關(guān)小組進(jìn)行了深入仔細(xì)的研究,經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn),找到了解決具體問(wèn)題的方法。目前該系統(tǒng)運(yùn)行正常,其成功應(yīng)用大大提高了煤氣廠的安全運(yùn)行和生產(chǎn)自動(dòng)化水平,減少了熱工維護(hù)人員的工作量。1profibus-dp西門子PCS7系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示:雙冗余兩塊CPU模塊通過(guò)通訊處理器CP443-1和各操作站掛在冗余的工業(yè)以太網(wǎng)總線上。CPU同時(shí)通過(guò)自己的DP口、各DP站(遠(yuǎn)程IO站)通過(guò)冗余總線接口模塊IM153-2掛在PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線上。正常情況下,兩臺(tái)CPU共同運(yùn)行,兩臺(tái)服務(wù)器與主CPU上交換數(shù)據(jù),當(dāng)主CPU或其通訊模塊、電源模塊或其中的一路工業(yè)以態(tài)網(wǎng)總線出現(xiàn)故障時(shí),兩臺(tái)服務(wù)器自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換到另一路CPU上交換數(shù)據(jù)。客戶機(jī)從主服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù),當(dāng)主服務(wù)器有故障時(shí),自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換到從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù),完成和操作站以及各DP站通訊,保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。該CPU模塊的任務(wù)是把從各DP站的輸入模塊讀取的各種工藝參數(shù)、操作員指令等送入事先編好的程序中進(jìn)行運(yùn)算。其運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)各DP站的輸出模塊送給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行。各個(gè)操作站可以顯示各運(yùn)行參數(shù)值、監(jiān)視生產(chǎn)運(yùn)行狀況和操作各工藝設(shè)備的運(yùn)行狀況,調(diào)整的運(yùn)行狀況、察看歷史記錄及報(bào)警顯示等功能。2系統(tǒng)調(diào)試2.1信號(hào)不固定的原因西門子PCS7系統(tǒng)安裝以后,初期的系統(tǒng)接入的信號(hào)比較少,各模擬量輸入?yún)?shù)均顯示正常。隨著大量信號(hào)的陸續(xù)接入,技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)有些信號(hào)不定時(shí)的從“0”到“無(wú)窮大”跳動(dòng)顯示,有些參數(shù)一直顯示“無(wú)窮大”。此時(shí)操作人員不能獲得準(zhǔn)確的各種數(shù)據(jù)狀態(tài)和生產(chǎn)運(yùn)行信息,無(wú)法組織生產(chǎn),經(jīng)觀察,各跳變信號(hào)均為四線制模擬量輸入信號(hào)。2.2模-數(shù)轉(zhuǎn)換控制模塊所有的模擬量輸入信號(hào)都采用4~20MA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制信號(hào)。模擬量輸入模塊為S7-300系列的6ES7331-7KF02,8通道,模-數(shù)轉(zhuǎn)換精度為12位,兼顧了轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度,是西門子公司比較經(jīng)典的模塊。根據(jù)不同的要求,可組態(tài)成電壓輸入、四線制電流輸入、二線制電流輸入、熱電阻輸入和熱電偶輸入方式,組態(tài)為四線制電流輸入方式。該模塊的端子接線圖如圖2所示,各端子含義如下:L+:DC24V+;M+:輸入信號(hào)+端;Mana:模擬測(cè)量電路的參考電壓。3硬件組態(tài)問(wèn)題技術(shù)人員通過(guò)如下幾個(gè)方面的檢查,得到相應(yīng)的結(jié)果:(1)經(jīng)檢查,運(yùn)行中的各模塊的組態(tài)、各變送器、閥門、變頻器等工藝設(shè)備接線無(wú)誤,且各點(diǎn)接觸良好,排除了接線不良和接線工藝的問(wèn)題;(2)技術(shù)人員用中間變量代替實(shí)際物理量,此時(shí)信號(hào)顯示正常,確定了監(jiān)控軟件無(wú)問(wèn)題;(3)技術(shù)人員分別從接線柜端子排上逐一檢查,現(xiàn)場(chǎng)用模擬器輸入信號(hào)顯示正常;(4)經(jīng)過(guò)在線檢查硬件組態(tài),系統(tǒng)提示模塊運(yùn)行正常,排除了模塊本身的問(wèn)題;(5)直接把各信號(hào)接到電流表,電流表顯示的電流值對(duì)應(yīng)真實(shí)的工況,又排除了各傳感器的問(wèn)題;(6)把輸入信號(hào)通過(guò)隔離器送入模塊,顯示正常。通過(guò)以上的排查,技術(shù)人員因此分析認(rèn)為:故障原因是信號(hào)有高頻電磁干擾。4解決問(wèn)題的方法經(jīng)過(guò)多次的檢查和討論研究,技術(shù)人員決定從以下兩方面入手進(jìn)行分析和試驗(yàn),解決信號(hào)異常問(wèn)題。4.1排除了大量電焊機(jī)工作投切造成的影響安裝初期系統(tǒng)在試運(yùn)行階段,現(xiàn)場(chǎng)有些地方還在施工,如有一臺(tái)大容量的電焊機(jī)在附近作業(yè)。經(jīng)試驗(yàn),電焊機(jī)無(wú)論工作與否,原來(lái)跳變的信號(hào)繼續(xù)跳,不跳的照樣不跳,即信號(hào)顯示依然異常,排除了大容量電焊機(jī)工作投切造成的影響。其它機(jī)械和電氣設(shè)備都是正常生產(chǎn)時(shí)必須運(yùn)行的設(shè)備。分析認(rèn)為:即使干擾源來(lái)自這些設(shè)備,也只能想辦法消除和克服,不能移除設(shè)備。4.2保護(hù)接收點(diǎn)中電位差的情況,主要是信號(hào)轉(zhuǎn)換電路經(jīng)討論嘗試安裝隔離器的方法,雖排除了對(duì)模塊的干擾,但安裝和設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成,且由于接線柜等地方的空間和生產(chǎn)進(jìn)度等時(shí)間的限制,無(wú)法給每個(gè)信號(hào)通道都安裝隔離器。(1)消除等電線連接電流對(duì)模擬信號(hào)的干擾技術(shù)人員再次檢查各線路,由于各個(gè)信號(hào)線的屏蔽層在控制室端都辮綁起來(lái),并與各柜子的基礎(chǔ)和機(jī)殼絕緣的接地母板連接,最終連在單獨(dú)的接地樁上,經(jīng)測(cè)量接地電阻也符合要求;在現(xiàn)場(chǎng)端卻也接在與基礎(chǔ)相連的電氣接地上,查閱西門子模擬量模塊6ES7331-7KF02的技術(shù)規(guī)范要求得知:所有的屏蔽層都必須單端接地,且必須接在單獨(dú)的接地裝置上。最后技術(shù)人員按照要求,仔細(xì)檢查每一根屏蔽電纜,把所有的現(xiàn)場(chǎng)端都懸空、包好;在控制室側(cè)的線不動(dòng),發(fā)現(xiàn)此時(shí)有一部分信號(hào)顯示正常了。分析認(rèn)為:按原來(lái)的接法信號(hào)電纜兩端存在電位差,造成系統(tǒng)的單獨(dú)接地與電氣接地之間由于電磁干擾,使這個(gè)電位差在屏蔽層中產(chǎn)生等電線連接電流,形成了對(duì)模擬信號(hào)的干擾,單端接地則解決了這類干擾帶來(lái)的故障。(2)消除Ecm值超范圍對(duì)轉(zhuǎn)換電路的干擾西門子技術(shù)手冊(cè)關(guān)于模塊技術(shù)規(guī)范要求:“M-”與“Mana”之間的電位差,即Ecm值小于2.5VDC。實(shí)測(cè)Ecm值為2.3V~7VDC不等,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求。根據(jù)規(guī)范要求,此時(shí)技術(shù)人員將“M-”與“Mana”及“M”之間短接起來(lái),經(jīng)過(guò)此接線方式信號(hào)顯示正常。由于該西門子模塊的8個(gè)通道的模-數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化被測(cè)量等值向總線底版的傳送是逐個(gè)且按順序進(jìn)行的,即按照原理:模擬量輸入通道是順次轉(zhuǎn)換的。轉(zhuǎn)換執(zhí)行過(guò)程中,轉(zhuǎn)換電路始終認(rèn)為各個(gè)通道的信號(hào)的“M-”電位是相同的,只有這樣,各個(gè)通道才能公用一個(gè)轉(zhuǎn)換器,而且得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果為同一標(biāo)準(zhǔn)。但在生產(chǎn)實(shí)際中四線制輸入信號(hào)的設(shè)備,如變送器、閥門和變頻器等由于供電有可能取自三相電源中的不同相別,各信號(hào)所處位置的干擾源不盡相同,干擾強(qiáng)度大小也不同,造成各個(gè)輸入通道的“M-”與“Mana”的電壓差不同。因此實(shí)測(cè)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些點(diǎn)的Ecm值大大超出允許范圍。因此必須按照技術(shù)規(guī)范的要求把各“M-”端和“Mana”端及“M”之間短接起來(lái),使各信號(hào)的參考電壓在同一點(diǎn)上,故障得以排除。分析認(rèn)為:調(diào)試初期給各個(gè)通道輸入由電池供電的模擬器信號(hào)時(shí),或輸入經(jīng)過(guò)信號(hào)隔離器隔離的信號(hào)時(shí),顯示沒(méi)有發(fā)生異常跳變,是因?yàn)榇藭r(shí)的輸入信號(hào)與交流電是隔離的,和“Mana”之間是沒(méi)有電壓的,則不會(huì)存在各個(gè)通道的Ecm值超范圍。而二線制模塊的輸入信號(hào)本身就是由該模塊來(lái)供電的,各個(gè)通道的Ecm值都一致,不會(huì)存在各個(gè)通道的Ecm值超范圍的問(wèn)題。5短接口的接地工藝系統(tǒng)安全運(yùn)行必須具備較好的抗干擾能力,在安裝和接線過(guò)程中必須嚴(yán)格按照設(shè)備廠家的技術(shù)規(guī)范要求,如接地方法和接地裝置是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,各個(gè)國(guó)家、各家公司對(duì)各自系統(tǒng)的接地要求都不完全相同,要應(yīng)用規(guī)范合理的方法解決具體的問(wèn)題。本案中用短