化工企業PLC系統誤動作停車故障原因分析及對策

1 引言

　 現代化工企業為了確保安全生產設計有基于plc技術的esd安全聯鎖停車系統。當工藝過程中發生超溫、超壓、超液位等危險情況下，plc系統準確停車，確保化工生產過程不發生著火、爆炸等重大事故。

　 但是如果plc聯鎖系統自身故障干擾等原因，可造成系統非正常停車，會給企業帶來有時是重大的損失。作者從事plc聯鎖系統設計維護技術改造幾十年的經驗，對以下幾種問題提出自己的看法與觀點，供同行參考。

2 故障原因分析及對策

　 2.1 硬故障造成停車

　 （1）接線松動造成停車。大部分plc系統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，就可以造成停車故障。這種停車故障占企業停車的大多數，平時注意維護，有檢修機會注意檢查線路，緊固接線螺絲，則可以避免。

　 （2）繼電器、按鈕觸頭松動造成停車。繼電器、按鈕等接觸觸點是靠彈簧壓力來保持緊密接觸。當使用時間長或產品質量差時，彈簧過早出現疲勞而松動，造成停車故障發生。

　 應對措施是：

　 定期更換繼電器、按鈕等元器件；（有一機組繼電器聯鎖系統曾多次出現莫名其妙的停車，后來發現繼電器觸頭接觸不良，更換繼電器故障消除）。

　 雙觸點并聯接線（對于斷開停車）。

　（3）一次檢測元件的損壞造成停車。一次測量元件如：變送器、傳感器、壓力開關、溫度開關、流量開關等突然損壞，即可造成停車故障，應對措施：

　 三選二方式：選用三個元件測量。三選二方式停車如壓力開關等可采用此辦法。

　 二選二方式：選用二個測量元件測量。同時動作時停車，如雙支熱偶、熱阻等。

　 二選一智能切換方式：選用二個測量元件測量，如雙支熱偶、熱阻等。一主一備，當檢測主測量元件開路時，自動切換到備用測量元件工作。

　 定期更換：選用質量高、可靠性高的一次測量元件定期更換，更換下來的測量元件可降級使用。

　 （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停車，可采用：

　 cpu卡、i/o卡、通信卡雙冗余方式；

　 三個plc運行在三選二方式；
　
　 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間通訊故障發生率偏高。dcs內停車聯鎖信號通過通訊口傳到plc進行停車時，由于通訊中斷則發生停車大事故。應對措施：

　 （1）系統設計時盡量少用通訊口傳遞聯鎖信號，可采用單plc控制系統或單dcs系統或dcs系統自帶esd子站系統。

　（2）通過plc硬卡件i/o與dcs硬卡件i/o連線對接方式傳遞聯鎖信號。

　 （3）模擬信號可用隔離分配器一分為二，一路進dcs顯示報警，一路進plc聯鎖停車。

　 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、調節閥限位開關容易受到強雷電的干擾，采取的對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，還要將接地線穿過穿線管與變送器保護箱焊接螺絲聯接。保護箱采用金屬保護箱。

　（2）靜電造成的干擾。

　 i/o端子來自現場的電纜會積累靜電，有時靜電會很高，使plc輸入卡誤導通而引發停車。應對措施：plc i/o端子并接電容以釋放靜電積累。

　 進入plc控制室內不穿防靜電服，穿化纖外衣，內穿毛衣,在脫衣時會產生很高的靜電，對機柜放電，易造成plc死機故障，造成系統停車。要特別注意這種情況，機房重地，閑人免進，并有規章可循。

（3）220v交流電壓對plc 24v i/o回路干擾造成停車。

　 plc 24v i/o回路（開關量）大部分來自現場開關信號，24v線路與220vac線路出現并行走線或同穿一根電纜穿線管時，220vac大電壓對24v產生了干擾。可出現plc開關量卡輸入指示燈低頻爍動或瞬間導通一下等故障現象而造成停車。應對措施：

　 電纜橋架設計時，最好把4－20ｍa模擬量信號線、plc 24v i/o開關量信號線、220vac電源線或信號線分槽敷設。

　 plc i/o端子上并接50－100μf電容，以釋放大的交流電信號。

　 plc采用220vac輸入卡件，以提高導通門坎電壓，增強抗干擾能力。

　 plc i/o開關量回路供電電源采用隔離加凈化電源。

　 進plc i/o開關量輸入卡前加繼電器隔離，繼電器的抗干擾能力比plc卡強，可以有效阻斷干擾信號造成的誤動作停車。

　 常開觸點變成常閉觸點。正常生產中如果現場觸點是常開的，閉合停車。這種觸點易受到干擾（因為正常為電壓型）。可以采用取其常閉觸點，正常生產過程中閉合，斷開停產，則抗干擾能力增強（因為正常為電流型）。

　 （4）軟件抗干擾措施。

　 軟開關頻蔽法：例如，一設備總停車信號a常出現干擾誤動作而停車，而引起該設備停車的8路信號卻沒有動作。經分析，如果8路信號任一路出現動作后應該出現a信號停車。而8路信號都沒有動作時，則不應該出現a信號停車，出現a信號則為干擾信號。顯然再增加一個用8路信號的常開觸點（正常閉合）串聯與a信號常開觸點（正常閉合）并聯，則可有效地頻蔽了干擾信號。這里要注意的是，出現a信號停車只有且唯一是由8路信號引起的，沒有其他因素。否則，不能用此方法。

　 加軟延時器法：此方法為常用方法。加延時頻蔽掉頻率較快的干擾，但延時時間要考慮工藝與設備能夠承受的最小時間，否則會發生意外。

　二位閥軟件抗干擾法：二位閥限位開關經常出現誤動作信號而實際閥未動作，可采用二限位開關信號互為互鎖條件，可有效避免了干擾信號。要注意閥卡在中間位置對化工系統會產生什么影響，以確認能否采用此法。

　 （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的輸入端進行連接。由于變頻器產生高次諧波，所以在plc的輸入端和輸出端都出現了較大的干擾，使plc系統無法正常運行。應對措施：

　 輸入端和輸出端都加隔離卡，可以有效地阻斷干擾信號。

　 plc輸入卡和輸出卡各通道間都必須是相互隔離的。

　 4-20ma模擬量信號電纜要單獨走屏蔽電纜橋架或鋼管穿線管。

3 結束語

　 plc系統抗干擾排除誤動作，一直是化工自動化行業一大難題。對于故障的排除，要不斷地積累經驗，細心觀察才能找出問題所在，特別是干擾問題，現象無重復，偶然性太大，千變萬化，是最棘手的。只有通過實踐經驗的積累，才能從千變萬化中找出規律，得出正確的結論，加以解決。

　當然，千萬要記住，矯枉不可過正，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）故障，例如二選二（要慎用），可能造成不能停車的大事故，畢竟我們的聯鎖系統主要的任務是停車，這樣最大限度地保證安全，安全才是第一位的。