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化工企业PLC系统误动作停车故障原因分析及对策_1

1 引言

  现代化工企业为了确保安全生产设计有基于plc技术的esd安全联锁停车系统。当工艺过程中发生超温、超压、超液位等危险情况下,plc系统准确停车,确保化工生产过程不发生着火、爆炸等重大事故。

  但是如果plc联锁系统自身故障干扰等原因,可造成系统非正常停车,会给企业带来有时是重大的损失。作者从事plc联锁系统设计维护技术改造几十年的经验,对以下几种问题提出自己的看法与观点,供同行参考。

2 故障原因分析及对策

  2.1 硬故障造成停车

  (1)接线松动造成停车。大部分plc系统外部接线方式为正常带电吸合,断电停车,显然,接线螺丝松动,就可以造成停车故障。这种停车故障占企业停车的大多数,平时注意维护,有检修机会注意检查线路,紧固接线螺丝,则可以避免。

  (2)继电器、按钮触头松动造成停车。继电器、按钮等接触触点是靠弹簧压力来保持紧密接触。当使用时间长或产品质量差时,弹簧过早出现疲劳而松动,造成停车故障发生。

  应对措施是:

  定期更换继电器、按钮等元器件;(有一机组继电器联锁系统曾多次出现莫名其妙的停车,后来发现继电器触头接触不良,更换继电器故障消除)。

  双触点并联接线(对于断开停车)。

 (3)一次检测元件的损坏造成停车。一次测量元件如:变送器、传感器、压力开关、温度开关、流量开关等突然损坏,即可造成停车故障,应对措施:

  三选二方式:选用三个元件测量。三选二方式停车如压力开关等可采用此办法。

  二选二方式:选用二个测量元件测量。同时动作时停车,如双支热偶、热阻等。

  二选一智能切换方式:选用二个测量元件测量,如双支热偶、热阻等。一主一备,当检测主测量元件开路时,自动切换到备用测量元件工作。

  定期更换:选用质量高、可靠性高的一次测量元件定期更换,更换下来的测量元件可降级使用。

  (4)plc本身硬件故障造成停车。由plc本身由于卡件损坏而引发停车,可采用:

  cpu卡、i/o卡、通信卡双冗余方式;

  三个plc运行在三选二方式;
 
  三选二plc(如esd)。

  2.2 通讯故障造成的停车

  plc与dcs本身故障率很低,但plc与plc或plc与dcs间通讯故障发生率偏高。dcs内停车联锁信号通过通讯口传到plc进行停车时,由于通讯中断则发生停车大事故。应对措施:

  (1)系统设计时尽量少用通讯口传递联锁信号,可采用单plc控制系统或单dcs系统或dcs系统自带esd子站系统。

 (2)通过plc硬卡件i/o与dcs硬卡件i/o连线对接方式传递联锁信号。

  (3)模拟信号可用隔离分配器一分为二,一路进dcs显示报警,一路进plc联锁停车。

  2.3 干扰故障造成的停车
 
  (1)雷电造成的干扰。

  装在塔顶或高处的变送器、调节阀限位开关容易受到强雷电的干扰,采取的对策是选用封闭式电缆金属桥架,桥架之间焊接螺丝并用接地线连接,还要将接地线穿过穿线管与变送器保护箱焊接螺丝联接。保护箱采用金属保护箱。

 (2)静电造成的干扰。

  i/o端子来自现场的电缆会积累静电,有时静电会很高,使plc输入卡误导通而引发停车。应对措施:plc i/o端子并接电容以释放静电积累。


  进入plc控制室内不穿防静电服,穿化纤外衣,内穿毛衣,在脱衣时会产生很高的静电,对机柜放电,易造成plc死机故障,造成系统停车。要特别注意这种情况,机房重地,闲人免进,并有规章可循。



 (3)220v交流电压对plc 24v i/o回路干扰造成停车。

  plc 24v i/o回路(开关量)大部分来自现场开关信号,24v线路与220vac线路出现并行走线或同穿一根电缆穿线管时,220vac大电压对24v产生了干扰。可出现plc开关量卡输入指示灯低频烁动或瞬间导通一下等故障现象而造成停车。应对措施:

  电缆桥架设计时,最好把4-20ma模拟量信号线、plc 24v i/o开关量信号线、220vac电源线或信号线分槽敷设。

  plc i/o端子上并接50-100f电容,以释放大的交流电信号。

  plc采用220vac输入卡件,以提高导通门坎电压,增强抗干扰能力。

  plc i/o开关量回路供电电源采用隔离加净化电源。

  进plc i/o开关量输入卡前加继电器隔离,继电器的抗干扰能力比plc卡强,可以有效阻断干扰信号造成的误动作停车。

  常开触点变成常闭触点。正常生产中如果现场触点是常开的,闭合停车。这种触点易受到干扰(因为正常为电压型)。可以采用取其常闭触点,正常生产过程中闭合,断开停产,则抗干扰能力增强(因为正常为电流型)。

  (4)软件抗干扰措施。

  软开关频蔽法:例如,一设备总停车信号a常出现干扰误动作而停车,而引起该设备停车的8路信号却没有动作。经分析,如果8路信号任一路出现动作后应该出现a信号停车。而8路信号都没有动作时,则不应该出现a信号停车,出现a信号则为干扰信号。显然再增加一个用8路信号的常开触点(正常闭合)串联与a信号常开触点(正常闭合)并联,则可有效地频蔽了干扰信号。这里要注意的是,出现a信号停车只有且唯一是由8路信号引起的,没有其他因素。否则,不能用此方法。

  加软延时器法:此方法为常用方法。加延时频蔽掉频率较快的干扰,但延时时间要考虑工艺与设备能够承受的最小时间,否则会发生意外。

 二位阀软件抗干扰法:二位阀限位开关经常出现误动作信号而实际阀未动作,可采用二限位开关信号互为互锁条件,可有效避免了干扰信号。要注意阀卡在中间位置对化工系统会产生什么影响,以确认能否采用此法。

  (5)变频器电磁辐射干扰造成停车。

  有些情况下plc的输出4-20ma到变频器输入端、变频器输出4-20ma到plc的输入端进行连接。由于变频器产生高次谐波,所以在plc的输入端和输出端都出现了较大的干扰,使plc系统无法正常运行。应对措施:

  输入端和输出端都加隔离卡,可以有效地阻断干扰信号。

  plc输入卡和输出卡各通道间都必须是相互隔离的。

  4-20ma模拟量信号电缆要单独走屏蔽电缆桥架或钢管穿线管。

3 结束语

  plc系统抗干扰排除误动作,一直是化工自动化行业一大难题。对于故障的排除,要不断地积累经验,细心观察才能找出问题所在,特别是干扰问题,现象无重复,偶然性太大,千变万化,是最棘手的。只有通过实践经验的积累,才能从千变万化中找出规律,得出正确的结论,加以解决。

 当然,千万要记住,矫枉不可过正,一味地采取加大抗干扰的力度,可能造成不停车(正常工艺停车时)故障,例如二选二(要慎用),可能造成不能停车的大事故,毕竟我们的联锁系统主要的任务是停车,这样最大限度地保证安全,安全才是第一位的。

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