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現場故障排查及經驗分享

字體:[ ] 瀏覽次數:7220次 發布時間:2018-10-15 關閉

現場故障排查及經驗分享

—— 干擾對PLC設備的影響及解決措施

(  內蒙古愛威天洋科技有限公司  技術部  閔銳  )

 

可編程序控制器(PLC)由于具有可靠性高、功能強、易于實現過程控制等優點而得到廣泛應用于工業生產現場。但在生產現場各種干擾總是客觀存在的, 干擾不僅可能影響系統信號使控制精度降低、丟失 PLC 內部數據,甚至是機器誤動作, 嚴重時可能出現模塊燒毀或人員安全問題。

近日,在一個項目中遇到了一個非常奇怪的問題……現場目前共使用了24套羅克韋爾自動化的CompactLogix系列PLC,但是總是出現無順序無規律的模擬量輸出模塊某個通道無輸出亦或是模擬量輸入模塊莫名的掉電丟失。起初現場工程師懷疑是PLC模塊硬件故障,但是這種大規模的沒有規律的故障很難說是硬件的問題,所以我們展開了排查。在排查的過程中首先就想到了是否有干擾導致?接地問題導致?亦或是供電問題導致?并逐步進行了一一的排查,在詢問現場工程師后得知已經做了接地并經過測試,后排查是否由于供電問題導致模塊異常,在經過一系列排查及對模塊電源兩側平衡后依然存在問題……


圖1. 現場CompactLogix 1769-L30ER控制器

 

   隨后我們更加確信的懷疑是電源端或是現場反饋回來的干擾造成的這些故障,所以我們決定使用示波器測量一下220V電源端及24VDC電源的干擾情況。在測量的過程中我們可以看到曲線波形存在較大的毛刺,并且嚴重時甚至發生了曲線相位變化的情況,所以基本確定了是由于電源干擾造成的此次問題。


圖2.通過示波器測量受到干擾的波形


  在排查干擾源的過程中了解到現場設備爐體之前并沒有做接地,最初在排查中確定為未接地導致干擾回傳至電路中及PLC控制柜中導致電源疊加使PLC模塊產生保護發生斷電的情況,但是通過與現場人員溝通并給所有爐體接地后使用示波器測量波形依舊有較大的毛刺的干擾現象。在近一天的觀察中發現其中有一個繼電器在吸合或是斷開的瞬間,示波器波形毛刺及抖動非常大,該繼電器所連接的為現場爐體內的一個搗錘,搗錘動作便會引起較大的干擾;然而現場這邊之前的設計方案是使用220V的現場設備及繼電器,但是該方案被替換成使用24V的設備,并且更改后設備兩端并沒有續流二極管,在設備動作時會有較大的電流返回至電源側及PLC控制柜導致污染整個電源壞境,并且疊加后的是較大的,這個干擾源足以干擾破壞模塊導致PLC模塊進行自我保護。根據現場溝通后給出兩套解決方案,方案一使用UPS電源接至PLC控制柜保證電源側穩定;方案二考慮由于是現場設備返回的干擾,在單側增加二極管后依然還有干擾回饋,并且現場設備與控制設備處于同一電源環境,如需完全解決干擾問題則推薦需要給現場設備單獨供電,使兩側無法干擾。目前,現場還在整改中,相信按照我們給出的方案杜絕干擾便不會再出現設備故障的問題了。



圖3.現場執行設備 偏析爐




圖4.現場PLC控制柜



圖5.低壓配電柜及調功器


   在生產現場各種干擾總是客觀存在的,干擾無論是對PLC等控制設備影響較大對現場其他的設備例如儀表或閥門也會造成較大的影響甚至是故障,那么我們該如何處理干擾的問題呢,下面我將首先分析干擾源及現場防干擾推薦的一些措施。

首先是PLC系統的干擾源,該類干擾源分為兩類,第一類為內部干擾源:(1)設計中元器件布局不合理, 選用的元器件質量較差, 致使內部信號相互串擾;(2)線路中存在的容性元件所引起的寄生振蕩;(3)數字信號接地和模擬信號接地、系統接地等處理不當。第二類為外部干擾源:(1)制系統供電電壓波動及高次諧波等的干擾;(2)有無觸點開關的通-斷形成的高(低)頻干擾;(3)其他設備或空中電場通過電容耦合串入控制系統而引起干擾;(4)動力強電信號在 PLC 系統電路中產生感應電勢而引起干擾;(5)相鄰信號線絕緣降低, 通過導線電阻引起的干擾等。因此,應從兩個方面克服系統干擾:一是對客觀存在的干擾, 力求限制或抑制其干擾幅度,使之不影響系統正常工作;二是提高系統自身的抗干擾能力。

其次在我們在對系統設計時也應該考慮到抗干擾的措施,在對電源處理的方面,由于PLC的控制系統電源一般都是220V的市電,市電電網的瞬變過程是經常發生的電源波動及大的感性負載或可控硅裝置的切換,很容易造成電壓畸變或毛刺,如直接供給 PLC及I/O模塊將引起不良后果。理論上有以下3種方式來防止此類干擾。(1)使用隔離變壓器衰減從電源進線的高頻干擾信號,輸入、輸出線應用雙絞線以抑制共模干擾。其屏蔽層接地方式不同,對干擾抑制的效果也不一樣,一般將初、次級屏蔽層均接地。亦或是轉接一個UPS電源通過交直交進行穩壓保證電源質量及高頻干擾信號。(2)用低通濾波器抑制高次諧波。低通濾波器的內部電容與電感組合方式不同,其高次諧波抑制效果也有一定區別。另外其電源輸入、輸出線應分隔開,屏蔽層應可靠接地。(3)用頻譜均衡法抑制電源中的瞬變干擾。這種方法不常用,其成本較高。在實際工作中,應根據現場干擾特點及PLC機型抗干擾能力等來選擇抗干擾措施。其中隔離變壓器和使用UPS穩壓電源是最常用的解決方案。

除了保證電源端的穩定可靠,還需要對感性負載進行處理防止干擾存在。感性負載具有儲能作用(工業控制領域中,感性負載多是交、直流電磁閥、繼電器及電機等),當控制觸點斷開時,電路的感性負載將產生高于額定電壓數倍的反電動勢;當觸點吸合時,由于觸點抖動而產生電弧等。(1)對于直流接觸器或電磁閥,一般在線圈兩端并聯反向二極管(又稱續流二極管),如圖6所示。續流二極管可以選1A的管子,其額定電壓應大于電源電壓3倍。(2)對交流中間繼電器和交流接觸器,應在線圈的兩端并聯阻容電路(如圖7所示)。其電阻值可取51-120Ω電容值可取0.1-0.7μF,電容的額定電壓應大于電源峰值電壓。

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