一次特殊PLC故障的分析處理

摘 要：一大型泵站PLC控制系統(tǒng)近期發(fā)生一次較為特殊的故障，PLC系統(tǒng)給出的故障診斷信息未能直接指示故障點，導致故障處理過程失誤，文章分析了診斷失真的原因，供處理類似故障工作作為參考。

關鍵詞：EPS應急電源；PLC故障診斷；電壓跌落時間

PLC控制系統(tǒng)的故障處理在很大程度上依賴于其系統(tǒng)自帶的診斷信息，近期一大型泵站PLC控制系統(tǒng)發(fā)生了一次較為特殊的故障，供電電壓跌落導致的故障PLC系統(tǒng)給出的故障診斷信息卻是機架故障，未能直接指示故障點，導致故障處理過程失誤，文章分析了診斷失真的原因，提出了對診斷信息綜合研判的觀點供處理類似故障工作作為參考。

1 故障現(xiàn)象

該泵站PLC控制系統(tǒng)由5個機架構成，一個主機架，4個擴展機架。系統(tǒng)配置如圖1所示。

2015年2月17日3點56分，主機架CPU停機，所控制水泵、閥門等設備全部停止運行，造成大面積停供事故。

故障記錄提示，CPU停機的原因是1#從機架故障，系統(tǒng)內(nèi)又沒有下裝機架故障中斷處理模塊OB86，導致CPU停機響應。重新啟動CPU后，運行正常不報故障?？紤]到該泵房的重要性，為避免事故再次發(fā)生，決定對可能造成1#從機架故障的因素進行預防性消除。根據(jù)故障提示信息，對1#從機架與0#主機架之間的連接電纜和接頭進行更換，更換0#主機架上的460和1#從機架上的461接口模板，更換從機架上的背板和PS407電源模板，檢查信號模塊，下裝機架故障中斷處理模塊OB86。上述措施實施完畢后，重新開機投入運行。

系統(tǒng)運行到當天9點16分，故障再次出現(xiàn)，系統(tǒng)所控制設備大面積停運，因下載了機架故障中斷處理模塊OB86，CPU沒有停機，但1#從機架上控制的閥門組全部關閉，造成部分管網(wǎng)斷水。

如圖2所示，系統(tǒng)220伏交流電源引自EPS應急電源，經(jīng)QS0開關受電后，分配給5個機架的PS-407電源模板。查閱EPS的運行記錄，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的對應時間點有電源切換動作，切換原因為市電電壓超限，本機電壓超限設定值為±20%額定輸入電壓，判斷EPS應急電源切換和PLC系統(tǒng)故障有相關聯(lián)系。隨后，為驗證兩個事件的相關性，進行EPS切換實驗，斷掉EPS市電進線電源，EPS自動切換到逆變運行狀態(tài)，切換過程中PLC各機架沒有明顯異常，但1#機架所控制閥門組等設備動作關閉。查詢PLC診斷記錄，發(fā)現(xiàn)PLC報出與前兩次故障時相同的診斷信息，至此，驗證了PLC故障是由EPS應急電源切換引起的。

2 EPS的工作原理

EPS應急電源采用單體逆變技術，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體，內(nèi)部設計了電池檢測、分路檢測回路，其主要部件的工作原理框圖如圖3所示。

如原理框圖所示，當市電正常時，由市電經(jīng)過互投裝置給負載供電，同時進行市電檢測及蓄電池充電管理。當市電供電中斷或市電電壓超限（±15%或±20%額定輸入電壓）時，互投裝置將立即投切至逆變器供電，在電池組所提供的直流能源的支持下向負載供電。當市電電壓恢復正常工作時，EPS的控制中心發(fā)出信號對逆變器執(zhí)行自動關機操作，同時還通過它的轉換開關執(zhí)行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。EPS在供電回路切換過程中會產(chǎn)生幾毫秒至幾百毫秒的斷電間隙，其斷電間隙長短依不同產(chǎn)品而不同。

3 故障處理及原因分析

經(jīng)檢查動力配電記錄，在EPS應急電源這兩次切換的時間段，動力電源并沒有10%以上的電壓波動，因此判斷EPS應急電源本身存在誤檢測或誤動作故障，更換EPS控制單元后，故障沒有再次出現(xiàn)。故障雖然得到了解決，但故障的現(xiàn)象卻難以理解，即同樣在EPS切換間隔內(nèi)5個機架都有短暫失電過程，為什么只有1#機架報故障呢？

西門子S7-400系列PLC使用的PS-407電源模板其內(nèi)部整流部分有儲能電容，當瞬間供電電壓跌落時，儲能電容釋放能量，短時間內(nèi)可能不導致PLC停機，如果EPS切換時間小于PLC的允許電壓跌落時間，則PLC不會停機。該系列PLC的允許電壓跌落時間指標沒有明確的表述，但根據(jù)工作經(jīng)驗，西門子S7-414型號單機架的情況下，允許電壓跌落時間在100ms至280ms之間，這個時間與機架所帶負載直接相關，同一機架帶模板越多，維持時間就越短。EPS應急電源產(chǎn)品手冊給出的切換時間指標為<200ms，用示波器實測其切換時間約為117ms，回答為什么只有1#機架報故障的疑問，可以考察各機架維持時間來解釋。這套PLC系統(tǒng)，1#機架所帶信號模板數(shù)量為13塊，遠多于其他機架模板數(shù)量，所帶負載最多。因此，當EPS應急電源發(fā)生切換時，即帶負載較輕的機架的維持時間可能大于117ms，沒有掉電表現(xiàn)，而帶負載較重的1#機架維持時間短于117ms，導致在EPS切換間隙掉電報故障，這樣也解釋了PLC診斷信息沒有報系統(tǒng)掉電故障，而是報機架故障的原因。雖然PLC診斷信息沒有報出直接故障原因，但有其內(nèi)在邏輯上的合理性，不應認為誤報，這也提示在類似故障的處理中，應綜合各方面可能性研判故障原因，避免走彎路。

4 結束語

通過本次故障的分析，可以得出如下結論：

（1）PLC故障診斷信息在一些特殊情況下并不一定能夠直接定位故障點，信息的應用應進行綜合研判；

（2）PLC的機架電源有一定的容許電壓跌落能力，工程應用中可以適當應用，可以作為控制系統(tǒng)不間斷電源選擇配置的一個約束條件，即不間斷電源選擇配置切換時間指標時只要滿足小于PLC系統(tǒng)容許電壓跌落時間即可，無需提出過于苛刻的要求；

（3）PLC系統(tǒng)在設計時，應考慮各機架間的負載平衡。

參考文獻

[1]武保同.數(shù)字EPS應急系統(tǒng)若干技術的研究[D].吉林大學，2011.

[2]葉大鏞.PLC的通用故障診斷方法[J].鄂鋼科技，2014，2.

[3]王建國.可編程序控制器系統(tǒng)的供電電源及接地部分的設計[J].電氣傳動，2001，5.

作者簡介：梁友輝（1973-），男，工程師，主要從事自動化儀器儀表方面的研究。