兩起西門子PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)干擾故障解析

1 引言

河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司煉鋼廠百噸爐區(qū)始建于2001年,歷經(jīng)多年來(lái)不斷的建設(shè)、改造和升級(jí),目前已經(jīng)建設(shè)成為一個(gè)工序完整、設(shè)備先進(jìn)、生產(chǎn)穩(wěn)定的現(xiàn)代化廠區(qū)。其主要工藝設(shè)備包括:110t轉(zhuǎn)爐2座,120t轉(zhuǎn)爐1座,8機(jī)8流連鑄機(jī)2臺(tái),12機(jī)12流連鑄機(jī)1臺(tái),110t精煉爐1座,130t精煉爐 1座,900t、600t混鐵爐各1座,其他脫硫站、吹氬站、除塵風(fēng)機(jī)、泵站等公輔設(shè)備完備齊全。

作為世界大型PLC控制系統(tǒng)供應(yīng)商西門子自動(dòng)化系列產(chǎn)品在本廠也得到了廣泛的應(yīng)用,如脫硫站、精煉爐、一次除塵風(fēng)機(jī)中壓變頻器等。在多年的使用過(guò)程中,使我們對(duì)大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)在冶金行業(yè)中的應(yīng)用有了更進(jìn)一步的了解,同時(shí),一些看似無(wú)關(guān)卻又有著千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的故障又使我們?cè)谄渲胁粩鄬W(xué)習(xí)、成長(zhǎng)。本文主要對(duì)發(fā)生在本廠脫硫站和一次除塵風(fēng)機(jī)中壓變頻器的兩起PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)干擾故障進(jìn)行介紹、分析,使我們對(duì)西門子自動(dòng)化設(shè)備尤其是現(xiàn)在日益發(fā)展的總線技術(shù)的使用和維護(hù)有了更新的認(rèn)識(shí)。

2 故障案例

案例一:脫硫站故障解析

㈠ 設(shè)備簡(jiǎn)介

本廠百噸爐區(qū)脫硫站建設(shè)于2004年,控制系統(tǒng)以西門子工控產(chǎn)品為主,整個(gè)系統(tǒng)由一套S7-400 主站加一套S7-300從站的PLC系統(tǒng)、一套MCGS HMI系統(tǒng)、以及兩臺(tái)MM440變頻器組成,軟件系統(tǒng)采用SIMATIC MANAGER管理器。其中PLC系統(tǒng)與HMI系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)主站與從站通訊均采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線,變頻器控制采用硬線連接方式實(shí)現(xiàn)控制?？刂瞥绦虿捎贸Ｒ?guī)STL、LAD、FBD編程語(yǔ)言。通過(guò)在MCGS控制畫面上設(shè)定鐵水重量、鐵水溫度、鐵水初始硫、鐵水終點(diǎn)硫等參數(shù)使用脫硫?qū)＜覕?shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算得出脫硫劑量及噴吹強(qiáng)度;上料控制、噴吹控制可采用全自動(dòng)操作模式,實(shí)現(xiàn)一鍵式操作。

㈡ 故障經(jīng)過(guò)

系統(tǒng)最初表現(xiàn)出來(lái)的故障為在脫硫站使用過(guò)程中,時(shí)不時(shí)發(fā)生S7-400 CPU報(bào)故障并自動(dòng)將PLC狀態(tài)從運(yùn)行切換為停止,待維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,對(duì)CPU狀態(tài)進(jìn)行重新切換為運(yùn)行后,PLC又可以重新使用。而且隨著時(shí)間,發(fā)生該故障的頻率越來(lái)越高,直至最后根本無(wú)法正常使用。根據(jù)此種情況,維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,與崗位操作人員溝通,決定分步實(shí)驗(yàn),以確定設(shè)備的具體故障部位,經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),維護(hù)人員發(fā)現(xiàn),PLC系統(tǒng)報(bào)故障的時(shí)機(jī)與脫硫站給噴槍供料時(shí)所操作的一個(gè)給料電機(jī)的動(dòng)作關(guān)聯(lián)度很高。起初維護(hù)人員懷疑電機(jī)的主電源電路或電機(jī)存在問(wèn)題,但簡(jiǎn)單檢查后排除了這個(gè)可能,最后,結(jié)合SIMATIC MANAGER自帶的系統(tǒng)檢測(cè)功能顯示為系統(tǒng)中S7-300 PLC從站丟失,致使CPU報(bào)故障并且停機(jī)。維護(hù)人員在經(jīng)過(guò)對(duì)從站PLC系統(tǒng)的通訊模塊的排除后,最終將注意力集中到了連接主站與從站的通訊電纜上,維護(hù)人員根據(jù)上述情況將連接兩個(gè)站之間的PROFIBUS-DP通訊線的路由進(jìn)行了更換,馬上故障得到了排除。

案例二:一次除塵風(fēng)機(jī)中壓變頻器故障解析

㈠ 設(shè)備簡(jiǎn)介

本廠百噸爐區(qū)一次除塵風(fēng)機(jī)建設(shè)于2001年,為三臺(tái)風(fēng)機(jī)帶兩座轉(zhuǎn)爐,兩用一備。整個(gè)系統(tǒng)煙氣處理的工藝流程為:煙氣凈化—余熱鍋爐—一文重力脫水器—R-D除塵文氏管—90o彎頭脫水器—絲網(wǎng)脫水器—管道—插入式流量計(jì)—除塵風(fēng)機(jī)—三通閥—水封逆止閥—煤氣柜。

為了達(dá)到環(huán)保節(jié)能的控制要求,系統(tǒng)選用了功能強(qiáng)大、維護(hù)簡(jiǎn)便的西門子MV中壓變頻器,該變頻器具有強(qiáng)大的通訊功能,在風(fēng)機(jī)除塵系統(tǒng)中,當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行速度變化時(shí),可通過(guò)可編程序控制器(PLC)方便實(shí)現(xiàn)。該變頻器與PLC之間只需通過(guò)PROFIBUS通訊模塊和一根通訊電纜即可輕松連接,減少了操作臺(tái)及控制臺(tái)之間大量的電纜連接及因此帶來(lái)的諸多問(wèn)題。但是使用通訊纜的弊端在此故障中也得以體現(xiàn),那就是故障影響面較大。

㈡ 故障經(jīng)過(guò)

此故障主要集中在一次除塵風(fēng)機(jī)的2#風(fēng)機(jī)變頻器,故障具體表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中,中壓變頻器報(bào)故障,并且每次所報(bào)的故障數(shù)量還比較多,一般都有五、六個(gè)之多,且故障類型復(fù)雜,有開關(guān)量檢測(cè)、模擬量檢測(cè)、通訊檢測(cè)方面等,鑒于此,維護(hù)人員判斷故障部位應(yīng)在系統(tǒng)中的公共元器件上,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,維護(hù)人員對(duì)中壓變頻器控制柜內(nèi)的兩個(gè)24伏電源進(jìn)行了更換,但故障仍沒(méi)有消除。就在此處理過(guò)程中,又報(bào)出了中壓變頻器的一個(gè)操作面板通訊故障,維護(hù)人員對(duì)操作面板的通訊線進(jìn)行了檢查、處理,故障得到了排除。最后,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤觀察,故障集中在一個(gè)ET200模塊機(jī)架和它檢測(cè)的兩個(gè)溫度上,并且也捕捉到了報(bào)故障時(shí)的狀態(tài),ET200與中壓變頻器的控制通訊板確實(shí)通訊有中斷,所以才導(dǎo)致了會(huì)報(bào)出通訊故障,所以維護(hù)人員還是先更比較容易處理的換 PROFIBUS-DP通訊電纜,更換之后,經(jīng)過(guò)幾天的觀察,故障現(xiàn)象消失了。

3 故障分析

經(jīng)過(guò)對(duì)兩起故障的現(xiàn)象、解決辦法、成因進(jìn)行分析,我們可以確定這是兩起典型的由于干擾導(dǎo)致通訊中斷,從而影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障。但是在處理故障的整個(gè)過(guò)程中,比較困擾維護(hù)人員的問(wèn)題是,這兩套系統(tǒng)都是運(yùn)行了比較長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng),且最近在維護(hù)過(guò)程中,運(yùn)行環(huán)境等客觀因素并未發(fā)生什么變化,怎么就會(huì)突然受到干擾呢?要想明白這個(gè)問(wèn)題,還是讓我們先弄明白幾個(gè)問(wèn)題。

3.1 干擾的類型

我們使用的系統(tǒng)各式各樣,我們受干擾的設(shè)備五花八門,所以干擾源也是千奇百怪,但大致總結(jié)起來(lái),干擾的類型有以下幾種:

3.1.1 電源干擾

在很多時(shí)候,由于電源引入的干擾而造成PLC控制系統(tǒng)故障甚至停機(jī)的情況很多,控制系統(tǒng)一般由電網(wǎng)直接供電,由于電網(wǎng)通常覆蓋面廣,網(wǎng)內(nèi)設(shè)備眾多,尤其是在電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境及負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),如大型開關(guān)操作、大型設(shè)備啟停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波等,都會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生直接影響,并通過(guò)電網(wǎng)傳輸?shù)狡髽I(yè)用電設(shè)備的進(jìn)線端,導(dǎo)致電源質(zhì)量大副下降,嚴(yán)重時(shí)還可以導(dǎo)致用電設(shè)備受到損害,所以在企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的進(jìn)線電源處一般都要加裝隔離裝置或凈化裝置,但起到的效果因?yàn)檠b置的性能不同差別也很大[1]。