淺談?wù)ㄋ幧a(chǎn)線中應(yīng)用在PLC中的變送器的故障分析

陳劍鋒

摘 要：變送器在工業(yè)生產(chǎn)中是將變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表。通過變送器能夠更直觀，更便捷的了解生產(chǎn)過程中重要工序的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)炸藥生產(chǎn)的自動(dòng)化、無人化生產(chǎn)起著重要的作用。

關(guān)鍵詞：PLC；溫度變送器；故障；分析

中圖分類號： TQ564.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）19-190-3

1 溫度變送器原理

變送器的種類非常多，在炸藥生產(chǎn)線中用的較多的是一體化溫度變送器。溫度變送器較同類的溫度儀表有精度高；量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)；穩(wěn)定性能好；無機(jī)械可動(dòng)部件、維修量少；全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、互換性強(qiáng)等特點(diǎn)。

江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間使用的大多為熱電阻一體溫度變送器。熱電阻一體溫度變送器是有基準(zhǔn)單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反饋保護(hù)、限流保護(hù)、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成測溫?zé)犭娮栊盘栟D(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，徑V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個(gè)與被測溫度呈現(xiàn)新關(guān)系的4～20mA恒流信號。

熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體制成敏感元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏電阻因其電阻溫度系數(shù)大，靈敏高；熱慣性小，反應(yīng)速度快；體積小，架構(gòu)簡單；使用方便壽命長，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

熱敏電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系可以用下式表示：

Rt=R

式中Rt為溫度為t時(shí)的電阻值；Ro為溫度to為時(shí)的電阻值；B為常數(shù)，由材料、工藝及結(jié)構(gòu)決定。熱點(diǎn)性曲線如圖1 所示：

變送器將物理測量信號或普通電信號通過熱電阻傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備（例如PLC）。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表，主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。電流變送器是將被測贖回路交流電流轉(zhuǎn)換成恒流標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置。

熱電阻一體溫度變送器的測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。

2 溫度變送器在PLC中的應(yīng)用

江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中的溫度變送器采用集信號傳輸和電源供給為一體的二線制接線。輸出電流為4～20mA DC。溫度變送器從現(xiàn)場傳輸電流信號至PLC的AI/O拓展模塊（西門子PLC拓展模塊可將接收的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號），經(jīng)過STEP7中得程序進(jìn)行一系列的換算。經(jīng)過換算后的數(shù)據(jù)經(jīng)西門子wincc組態(tài)界面展現(xiàn)在中控室的主控機(jī)上。中控室人員能夠在第一時(shí)間掌握現(xiàn)場各個(gè)工序溫度變化情況而不需進(jìn)入車間。

首先PLC接收到電流信號，經(jīng)過處理得出字，由字再轉(zhuǎn)化成整數(shù)，整型轉(zhuǎn)化成雙整型，雙整數(shù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)。實(shí)際變送器的量程為0～150℃對應(yīng)數(shù)據(jù)中的0～27648（由于考慮到特殊情況模擬量輸入可能會(huì)超過選擇的量程，因此在量程的上、下限-100%～100%之外設(shè)置了18.5%的裕量。）對應(yīng)。這樣在現(xiàn)場溫度變送器測量的數(shù)據(jù)對應(yīng)過來都會(huì)有一個(gè)十進(jìn)制數(shù)值與之對應(yīng)。這也是在PLC中常用的量程換算方式。

3 溫度變送器的故障分析

熱電阻一體化溫度變送器由于內(nèi)部單元復(fù)雜，并且在江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中與PLC進(jìn)行通訊，在遇到變送器故障時(shí)應(yīng)按照從頭至尾的方法進(jìn)行故障分析排查。

3.1 溫度變送器不顯示數(shù)值

3.1.1 組態(tài)顯示數(shù)值

①原因分析：根據(jù)PLC與變送器的通訊關(guān)系可判斷，若組態(tài)能夠顯示正確溫度變量則溫度變送器在傳輸變量參數(shù)至PLC時(shí)測量的實(shí)際溫度是正確的。則現(xiàn)場的變送器的熱電阻完好，測量單元正常（如圖2所示），接線正常，PLC接收數(shù)據(jù)正常。則有可能是顯示單元故障。

②解決辦法：更換顯示單元。

3.1.2 組態(tài)不顯示數(shù)值

①原因分析：若現(xiàn)場溫度傳感器的顯示單元和中控室的Wincc組態(tài)均不顯示溫度參數(shù)，則需要逐個(gè)排查。

首先確定顯示單元是否損壞，可用將原有溫度變送器顯示單元安裝在正常的變送器顯示單元中，以檢查顯示單元是否損壞。若顯示單元正常則不進(jìn)行更換，若顯示單元損壞則應(yīng)馬上更換（此方法是為了在接下來的故障排查中不被顯示單元的損壞影響原因分析）。更換新顯示單元之后若依然無顯示則判斷是溫度變送器損壞。

②解決辦法：更換溫度變送器。

3.2 變送器顯示數(shù)值，組態(tài)不顯示數(shù)值

對于溫度變送器正常顯示，而組態(tài)不顯示的情況，可以排除溫度變送器自身問題，那么排除溫度變送器故障之后必須依照“從頭至尾”的故障分析方法從接線開始排查。檢查步驟：

①現(xiàn)場傳感器的接線是否正確。傳感器使用的是24V DC，需檢查正負(fù)極接法是否正確。另外要檢查絕緣線是否完好。（對于24V DC的電源輸出，在傳輸過程中很容易受到外來干擾信號的影響，導(dǎo)致干擾信號進(jìn)入內(nèi)層導(dǎo)體干擾并降低傳輸信號。所以在工程初期布線就已經(jīng)將強(qiáng)電弱電的線槽區(qū)分開了，但為了保險(xiǎn)起見很多弱電信號輸出線還是會(huì)使用帶屏蔽功能的銅線。）

②若接線無問題，應(yīng)先查找PLC和主控機(jī)的IP進(jìn)行PING值測試。此測試是為了檢測PLC與主控機(jī)之間的傳輸是否異常。若PLC與中控室主控機(jī)連接異常，應(yīng)馬上檢查自中控室到現(xiàn)場配電室中配電柜的網(wǎng)線是否連接完好，配電室中的交換機(jī)是否正常工作。

注：此檢測方法在遇到wincc組態(tài)界面出現(xiàn)一片數(shù)據(jù)灰色并且無實(shí)時(shí)傳輸時(shí)同樣可用。

③若通訊完好，下一步需要對PLC的接口進(jìn)行檢測，PLC的AI/O接口異常也是常見現(xiàn)象。可以嘗試使用一個(gè)空白的AI/O接口，使用空白端子之前需對程序的讀取的原端子數(shù)據(jù)地址進(jìn)行修改。如圖三所示，原程序中以piw272作為基質(zhì)泵溫度參數(shù)讀取的數(shù)據(jù)地址，首先找到在PLC的拓展AI/O端子模塊中找到一個(gè)空白端子在step7中搜索使用過的端子避免重復(fù)。

找好空白端子，對如四中的PIW272修改（如圖四所示）成PIW414。此后應(yīng)對現(xiàn)場到PLC段的接線進(jìn)行修改，找到配電房中的配電柜，找到PIW272對應(yīng)的端子將進(jìn)線改到PIW414對應(yīng)的端子。

以上步奏完畢后打開Wincc查看中控室的基質(zhì)泵溫度是否恢復(fù)正常。若恢復(fù)正常則證明PLC中的AI/O拓展模塊中的AI2.0端口損壞。

④若問題依然存在，則進(jìn)一步對西門子組態(tài)Wincc（windows control center——視窗控制中心是西門子控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面組件，在此組件中可以自行編輯所有生產(chǎn)過程中所需的參數(shù)顯示，設(shè)備控制以及異常報(bào)警）進(jìn)行排查。在Wincc和STEP7建立的連接中，所有PLC收集到的數(shù)據(jù)都可以經(jīng)過程序進(jìn)行編譯，修改和換算。而這些經(jīng)過處理之后的數(shù)據(jù)都由Wincc這個(gè)組態(tài)平臺最終展現(xiàn)在Wincc界面中。此間Wincc需要PLC提供所有的數(shù)據(jù)參考，這就是Wincc和step7之間建立的通訊。

打開wincc在圖形編輯界面找到基質(zhì)泵溫度顯示塊。找到其所使用的PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)塊DB2中的DBD8，此數(shù)據(jù)塊地址存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)即為基質(zhì)泵溫度。在程序中查找DB2.DBD8進(jìn)行運(yùn)行測試，以推測是否是數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)發(fā)生錯(cuò)誤。若數(shù)據(jù)異常，參照C中修改方式進(jìn)行硬件和軟件同時(shí)修改數(shù)據(jù)塊地址的做法。（如圖5）

3.3 測量溫度與實(shí)際溫度有誤差（超過10%）

在實(shí)際生產(chǎn)中溫度變送器會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際溫度有誤差的情況。此情況下可通過step7對程序進(jìn)行微量調(diào)整。

如上所說，在溫度變送器的量程范圍（0℃～150℃）與PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)（0～27648）相對應(yīng)。若知道實(shí)際溫度與誤差溫度即可計(jì)算出偏差量進(jìn)行微量調(diào)整。公式如下：

T=×150

T——程序設(shè)定量程最大值

接著對程序最大量程修改為T，即可讓溫度回復(fù)正常數(shù)值。

3.4 其他故障分析

在我廠的江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線中出現(xiàn)制藥工房的油相儲(chǔ)罐溫度變送器在生產(chǎn)前準(zhǔn)備工作時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度變送器的顯示單元和中控室wincc組態(tài)界面有數(shù)據(jù)卻沒有實(shí)時(shí)傳輸?shù)默F(xiàn)象。原因是由于在車間生產(chǎn)前油相儲(chǔ)罐留有殘料，若當(dāng)天沒有及時(shí)使用或者清理，油相罐內(nèi)的油料會(huì)凝固從而使溫度計(jì)不能通過熱電阻測量出新的油料的實(shí)際溫度。

解決辦法：在生產(chǎn)前做好充分的儲(chǔ)料罐保溫工作確保儲(chǔ)料罐內(nèi)沒有凝固狀物體影響溫度變送器的測量。

4 結(jié)束語

一體化熱電阻溫度變送器是熱點(diǎn)式溫度傳感器與變送器的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對溫度的精確測量和控制。在炸藥生產(chǎn)行業(yè)的運(yùn)用更是使其具備自動(dòng)化、無人化、信息化的功能。然而去年來我廠江山乳化炸藥生產(chǎn)一車間炸藥生產(chǎn)線發(fā)生多起溫度變送器故障事故，對生產(chǎn)進(jìn)度造成了不可低估的影響。對熱電阻一體式溫度變送器的故障分析能夠讓我們進(jìn)一步了解變送器的原理，從應(yīng)用方式出發(fā)思考和分析故障原因，為提高生產(chǎn)效率和減少故障排查的時(shí)間打下基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄧則名，鄺穗芳等.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，102-199.

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[3] 李明河.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2010.