布袋清灰程序因“競爭”導(dǎo)致中斷的分析解決

吳 斌，張 軍，王亞群

（中國石油烏魯木齊石化公司，新疆烏魯木齊 830019）

布袋清灰程序因“競爭”導(dǎo)致中斷的分析解決

吳 斌，張 軍，王亞群

（中國石油烏魯木齊石化公司，新疆烏魯木齊 830019）

烏石化化肥廠電袋除塵裝置由原來的靜電除塵裝置改造而來，為提高除塵效果，減少煙氣排放，滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)要求，2013年在四個(gè)高壓靜電除塵模式基礎(chǔ)上，保留前三個(gè)靜電除塵方式，第四電場改造為布袋除塵方式，每個(gè)高壓柜都有一套獨(dú)立的微機(jī)控制系統(tǒng)，布袋除塵的控制和整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)核心部件使用西門子 S7-200PLC，完成高壓電場數(shù)據(jù)讀取、布袋清灰和震打加熱的控制、DCS 上位機(jī)的通信組態(tài)等功能。隨著時(shí)間的推移，2017年年初清灰控制系統(tǒng)隨機(jī)性出現(xiàn)傳動(dòng)電機(jī)停止在右限位處不自動(dòng)返回現(xiàn)象，經(jīng)發(fā)現(xiàn)并手動(dòng)重啟清灰程序后，方可恢復(fù)清灰程序的正常運(yùn)行，后經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)了隱含在 PLC 內(nèi)部軟邏輯編程存在“競爭”缺陷。

電除塵；布袋除灰；時(shí)間繼電器；存儲(chǔ)位；掃描周期

1 問題的發(fā)生和提出

2015年1月以來，燃除車間一直反映布袋除塵清灰不定期出現(xiàn)了風(fēng)箱走了一半即在右限位處風(fēng)箱停止，延時(shí)6s后不左行返回，只有在人為手動(dòng)啟動(dòng)程序時(shí)才能繼續(xù)運(yùn)行，這說明程序已經(jīng)停止運(yùn)行了。為查明原因，利用錄波儀對(duì)左右限位外部接點(diǎn)監(jiān)測，通過近3d的錄波波形觀察左右限位接點(diǎn)未發(fā)生異常，但程序在右限位時(shí)的中斷現(xiàn)象依然偶發(fā)性出現(xiàn)。為了找到故障點(diǎn)，首先要對(duì) PLC 程序邏輯作進(jìn)一步分析，必要時(shí)對(duì) PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)位軟邏輯接點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從程序停止前后的內(nèi)部存儲(chǔ)位變位情況分析判斷，找出原因。

2 問題原因分析

電除塵3# 或4# 爐布袋除塵工段完整的清灰過程：首先在“定時(shí)”“定阻”“手動(dòng)”三選一模式下啟動(dòng)清灰程序，風(fēng)門擋板在 ＜10% 開度時(shí)滿足清灰投運(yùn)條件，清灰標(biāo)志 M10.1被置位，軟啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)，延時(shí)15s脈動(dòng)電機(jī)開始啟動(dòng)運(yùn)行，且啟動(dòng)右傳動(dòng)電機(jī)，風(fēng)箱開始右行，延時(shí)1s后后開啟風(fēng)門擋板，氣箱開始從左側(cè)向右側(cè)移動(dòng)，右到位后風(fēng)箱停止，清灰標(biāo)志依然在置位“1”狀態(tài)，延時(shí)6s后（12s后自復(fù)位），風(fēng)箱自動(dòng)開始左行，左到位后（程序的初始狀態(tài)），程序會(huì)依次將反吹風(fēng)機(jī)、風(fēng)門擋板、脈動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)電機(jī)等設(shè)備都被復(fù)位至初始狀態(tài)，清灰標(biāo)志被復(fù)位，一個(gè)完整的清灰過程結(jié)束，等待下一次觸發(fā)。

導(dǎo)致 M10.1復(fù)位的邏輯條件如圖1。

從圖1可以看出，右限位本身與 M10.1沒有直接邏輯聯(lián)系，如果是外部接點(diǎn)清灰故障 M7.2（由軟起反饋 I2.7 觸發(fā)）和軟起故障 I3.2 抖動(dòng)所致，即一到右限位抖動(dòng)就開始，那應(yīng)屬巧合，但從理論上不能完全排除這種ms級(jí)巧合的可能性。從監(jiān)視截圖中分析可以將 M11.2、M0.4、M7.0 排除在外（因?yàn)镸11.2、M0.4、M7.0 在 M10.1 變位前后都沒有變位），那就只剩下 M7.1、M7.2、I3.2。從 M7.1 邏輯關(guān)系圖（見圖 2）。

（I1.0：右傳動(dòng) PLC 輸入，T40：右傳動(dòng)輸出時(shí)間繼電器2S，M7.1：右傳動(dòng)故障）

圖1 M10.1復(fù)位的邏輯條件

圖2 M7.1邏輯關(guān)系圖

從以上截圖的邏輯關(guān)系靜態(tài)分析得知，右傳動(dòng)故障動(dòng)作變位的條件是：當(dāng) PLC 發(fā)出右傳動(dòng)輸出 Q1.0后，在2s中時(shí)間內(nèi)，如果 PLC 輸入端沒有接收到右傳動(dòng)運(yùn)行信號(hào)（即右傳動(dòng)輸入點(diǎn) I1.0，由右傳動(dòng)接觸器常開輔助接點(diǎn)接入）時(shí)，PLC 認(rèn)為右傳動(dòng)回路出現(xiàn)故障，M7.1 變位，M10.1 被復(fù)位，清灰程序停止。

風(fēng)箱右行 2s 后，從圖 1 中 T40 接點(diǎn)是閉合的，I1.0 狀態(tài)是打開的，中間如果沒有人為干預(yù)（DCS手動(dòng)停程序）的話，風(fēng)箱會(huì)一直右行，直至右限位才能停止，但從圖1中分析，就算到右限位后，風(fēng)箱停止，但 M7.1不應(yīng)該變位，程序應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行至初始位置即左限位位置。

為找到故障點(diǎn)，必須要對(duì) PLC 內(nèi)部相關(guān)存儲(chǔ)位進(jìn)行監(jiān)視，通過使用西門子 S7-200編程軟件對(duì) PLC 內(nèi)部多個(gè)存儲(chǔ)位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，期間撲捉了兩次非正常程序中斷：2015年1月31日凌晨1：38；2015年2月3日19：29。從監(jiān)視結(jié)果統(tǒng)計(jì)可以得出，兩次非正常中斷均在右限位到位時(shí)清灰標(biāo)志 M10.1立即由“1”變位為“0”，證實(shí)了清灰程序中斷的事實(shí)。同時(shí) M0.4前后均為“1”狀態(tài)，沒有發(fā)生變位現(xiàn)象，同時(shí)排除了 DCS 控制室沒有人為手動(dòng)停程序的操作可能。

導(dǎo)致 M10.1 被復(fù)位復(fù)位的 6 個(gè)條件中，M7.1 可能性很大。

從M7.1變位邏輯圖再結(jié)合左右傳動(dòng)的外部電路仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)：使右行接觸器17KMR停止有兩種情況，一種是通過PLC輸出點(diǎn)Q1.0使17KMR失電，一種是右限位中間繼電器常閉接點(diǎn)3KAWR使17KMR線圈釋放，并且這兩條回路是同時(shí)執(zhí)行的，如果是PLC輸出Q1.0動(dòng)作在前，就不會(huì)發(fā)生M7.1變位情況（由圖1分析便知，這里不再贅述），外部電路和PLC回路時(shí)間順序計(jì)算分析如下：

由圖1的邏輯關(guān)系可以計(jì)算出 T40動(dòng)作變位順序和時(shí)間T1：

一般外部繼電器動(dòng)作時(shí)間在40ms內(nèi)，一個(gè) PLC 掃描周期在0.5～100ms 周期內(nèi)（依程序大小而定），根據(jù) PLC 統(tǒng)一刷新輸入輸出存儲(chǔ)位的工作特點(diǎn)可以得知，I3.2 和 I1.0 在 PLC 統(tǒng)一刷新輸入存儲(chǔ)位期間同時(shí)被刷新讀入甚或 I1.0 比 I3.2 刷新輸入得更早，那 M7.1將被復(fù)位為“0”。常閉接點(diǎn)打開往往比常開接點(diǎn)閉合時(shí)間要短，兩個(gè)閉點(diǎn)打開時(shí)間等于或少于開點(diǎn)閉合時(shí)間是可能的。

從外部電路來說，程序設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)為確保右限位到位后可靠停止風(fēng)箱以避免設(shè)備損壞，在傳動(dòng)電機(jī)回路里使用了兩條回路來停傳動(dòng)電機(jī)，一條是 PLC 輸出 Q1.0 或 Q0.7，一條是3KAWR 常閉接點(diǎn)或1KAWL 常閉接點(diǎn)，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)初衷是想通過 PLC 來正常停傳動(dòng)電機(jī)，但為保護(hù)風(fēng)箱和鋼絲繩，在外部電路中利用限位中繼3kAWR（1kAWL，2kAWL，4kAWR）接點(diǎn)作為風(fēng)箱停機(jī)觸發(fā)回路。

后又對(duì) I2.7，I3.5 進(jìn)行了監(jiān)控，但并沒有反映出與 M10.1之間的動(dòng)作變位先后關(guān)系。

由于 PLC 存儲(chǔ)位變位速度太快，人的肉眼無法分辨判斷出存儲(chǔ)位變位先后順序，需要在程序中增加存儲(chǔ)位進(jìn)行鎖定邏輯后進(jìn)行監(jiān)控。置位鎖定關(guān)系如下：左傳動(dòng)故障 M7.0對(duì)應(yīng)M3.0（S 置位），右傳動(dòng)故障 M7.1 對(duì)應(yīng) M3.1（S 置位），清灰故障 M7.2 對(duì)應(yīng) M3.2（S 置位），軟起動(dòng)故障 I3.5 對(duì)應(yīng) M3.3（S置位），程序修改后繼續(xù)監(jiān)控捕捉到的結(jié)果是左傳動(dòng)故障鎖定位 M3.0 和右傳動(dòng)故障鎖定位 M3.1 都被置位為“1”。清灰故障和軟起故障對(duì)應(yīng)的鎖定存儲(chǔ)位 M3.2 和 M3.3 沒有置位（仍然保持為“0”狀態(tài)），由此排除了使 M10.1清灰程序標(biāo)志位復(fù)位其他可能性，確定外部電路停風(fēng)箱和 PLC 停風(fēng)箱之間存在“競爭”關(guān)系，即具有偶發(fā)性，這也與燃除車間反映故障的時(shí)有發(fā)生相吻合（“競爭”導(dǎo)致的結(jié)果具有偶然性）。由于左限位是清灰程序的初始位置，不管有沒有 “競爭”故障，程序都要停止，而且程序 “競爭”故障時(shí)間段非常短（ms級(jí)別），在下次“定時(shí)”“定阻”“手動(dòng)”其中之一的方式重新啟動(dòng)清灰程序時(shí)，M7.0 或 M7.1 狀態(tài)早已變位為“0”，不會(huì)影響到清灰程序的下一次觸發(fā)，所以燃除 DCS 操作人員也感覺不到“競爭”故障的存在。

3 問題的解決

為避免“競爭”的發(fā)生，在不損壞設(shè)備不影響設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠動(dòng)作的前提下，在 PLC 內(nèi)部對(duì) M10.1 復(fù)位進(jìn)行處理，增加 0.5s（500ms）延時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)程序誤中斷的發(fā)生，同時(shí)將清灰風(fēng)機(jī) M10.4 回路中的 M7.0 和 M7.1 用 T41 和 T42 代替，從而保證清灰風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。

電除塵布袋除灰3# 爐和4# 爐清灰控制 PLC 程序分別于2015年3月26日和2015年3月30日修改更新完成，截止目前運(yùn)行良好，沒有發(fā)生過一起程序中斷現(xiàn)象。

4 總結(jié)

從這次“競爭”故障檢查分析判斷過程中可以看出，對(duì)于PLC 故障查找需要借助編程軟件對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并結(jié)合外部電路才能找到問題的真正 “元兇”，必要的情況下，還需要通過修改程序?qū)梢牲c(diǎn)進(jìn)行鎖定，為原因分析提供判據(jù)。另外“競爭”屬于電路“寄生”的問題，是在電路設(shè)計(jì)中次生出來的，而且非常隱蔽，這需要 PLC 程序設(shè)計(jì)人員在軟邏輯編制過程中要充分考慮到邏輯關(guān)系的嚴(yán)謹(jǐn)性，在充分保證邏輯電路可靠的前提下才考慮進(jìn)行電路的精簡，防止類似“寄生”等電路問題的產(chǎn)生。

為保證梯形軟邏輯圖的原始形態(tài)，所有 PLC 內(nèi)部邏輯截圖均從 PLC 內(nèi)部下載下來轉(zhuǎn)化成 PDF 后進(jìn)行圖像截取的，沒有作任何人為修改，由于 PLC 內(nèi)部字符編碼對(duì)漢字兼容性問題，故某些注釋部分中的漢字字符存在亂碼，但不會(huì)影響邏輯關(guān)系。

[1] 王阿根.西門子 S7-200 PLC 編程實(shí)例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2] 李金城.PLC 模擬量與通信控制應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

The Bag Cleaning Process Is Resolved by “Competition”

Wu Bin，Zhang Jun，Wang Ya-qun

In order to improve the dust removal effect and reduce the flue gas emission，meet the environmental compliance requirements.In 2013，on the basis of the four high-voltage electrostatic dust removal modes，the dust removal device of Wuhua Petrochemical Fertilizer Plant was reconstructed by the original electrostatic precipitator to retain the first three electrostatic dust，the fourth electric field transformation for the bag dust，each high-voltage cabinet has a set of independent computer control system，bag dust control and the entire system of the core components of the use of Siemens S7-200 PLC，to complete the high-voltage electric field data read，bag cleaning and shock control heating control，DCS host computer communication configuration and other functions.With the passage of time，the beginning of this year，the dust control system random transmission machine to stop at the right limit does not automatically return to the phenomenon，the man-made and manually restart the cleaning process，before resuming the normal operation of the cleaning process，after The search found hidden in the PLC internal soft logic programming there is a “competition” defect.

electrostatic precipitator；bag ash removal；time relay；storage bit；scan cycle

X701.2

B

1003-6490（2017）06-0115-02

2017-05-14

吳斌（1976—），男，新疆烏魯木齊人，助理工程師，主要從事電氣設(shè)備維護(hù)。