PLC站控系統(tǒng)溫度跳變引起聯(lián)鎖故障的分析及處理

乙加牛 樊榮

[摘 ? ?要 ] ?PLC站控系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生溫度值異常跳變升高，觸發(fā)了聯(lián)鎖停泵現(xiàn)象。經(jīng)過分析，得出聯(lián)鎖觸發(fā)原因，是由于溫度異常跳變，造成聯(lián)鎖停機(jī)。常規(guī)方法是更換信號跳變的元件。此次故障解決通過分析PLC模塊原理，在不更換硬件的情況下，通過修改組態(tài)軟件采集寄存器地址，設(shè)置組態(tài)軟件量程與溫度對應(yīng)關(guān)系，解決了溫度跳變引起的聯(lián)鎖故障。

[關(guān)鍵詞]溫度;異常跳變;聯(lián)鎖

[中圖分類號]TE973.8 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]During the operation of the PLC station control system， an abnormal jump of temperature occurred， which triggered the phenomenon of interlocking pump shutdown. After analysis， it is concluded that the reason for the interlock triggering is due to the abnormal temperature jump， which causes the interlock to stop. The conventional method is to replace the signal jumper component. The troubleshooting this time is through analyzing the principle of the PLC module， without changing the hardware， by modifying the configuration software to collect the register address， setting the configuration software range and the temperature correspondence， and solving the interlocking failure caused by the temperature jump.

[Keywords]temperature; abnormal jump; interlock

新疆克拉瑪依油田公司某轉(zhuǎn)油站，對油田來液進(jìn)行分離、加熱、后到壓力緩沖罐，經(jīng)3臺75 kW轉(zhuǎn)油泵增壓后，原油外輸?shù)铰?lián)合站。配有一套專門的小型PLC站控系統(tǒng)，2臺監(jiān)控電腦監(jiān)控所有參數(shù)，1臺在站內(nèi)就地監(jiān)控，另一臺在聯(lián)合站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于轉(zhuǎn)油泵功率較大，為了防止意外故障造成泵電機(jī)燒毀，現(xiàn)場電機(jī)及泵體部位安裝有溫度、震動傳感器，實現(xiàn)聯(lián)鎖停泵保護(hù)。當(dāng)電機(jī)溫度及泵體振動達(dá)到聯(lián)鎖設(shè)定值時，自動停泵保護(hù)。

站庫系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的是ESIPIDER7.0，力控ForceControl V7.0 OEM版。下位機(jī)硬件組態(tài)ESET2018軟件，該軟件可對北硬件產(chǎn)品進(jìn)行通信、采集、PID等參數(shù)配置及寄存器調(diào)試操作。聯(lián)鎖編程采用OPENPCS2008軟件。

1 故障現(xiàn)象

值班員工反饋，轉(zhuǎn)油泵偶有自動停泵現(xiàn)象，具體原因未知，已經(jīng)多次發(fā)生，當(dāng)聯(lián)鎖停泵后，停一段時間后又可以重新啟泵。由于原油輸送不能中斷，不排查出自動停泵原因，一旦停泵后不能及時發(fā)現(xiàn)，有可能會造成管線憋壓破裂、原油泄漏的生產(chǎn)事故，產(chǎn)生安全環(huán)保風(fēng)險，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

2 原因分析

查看上位機(jī)監(jiān)控軟件所有能引起停泵參數(shù)歷史趨勢，對歷史趨勢進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泵后軸溫度TT_0402A及泵體溫度產(chǎn)生了瞬間跳變，如圖1所示，造成瞬時值超過聯(lián)鎖設(shè)定值75℃，觸發(fā)PLC聯(lián)鎖停泵。正常情況下，轉(zhuǎn)油泵的后軸溫度及泵體溫度升高是一個平滑過程。初步判斷，此次聯(lián)鎖停機(jī)是由于溫度跳變造成。

3 排查及處理經(jīng)過

PLC系統(tǒng)溫度采集用的是4路PT100RTD模塊，用ESET2018軟件上載硬件配置進(jìn)行查看，RTD模塊使用了從30177開始8個采集寄存器地址，每路浮點溫度值占用2個寄存器地址。產(chǎn)生跳變的泵后軸溫度和泵體溫度接入的是同一個RTD溫度采集模塊。

本次故障檢修時，首先懷疑是線路接觸不良，由于泵的振動，造成瞬間斷路，阻值異常變大，造成溫度升高，檢查熱電阻傳輸鏈路的各個接點，沒有發(fā)現(xiàn)任何松動現(xiàn)象。又進(jìn)行熱電阻更換測試，一個新熱電阻直接在控制柜上接入溫度跳變通道，經(jīng)過長時間觀察，還是有跳變現(xiàn)象，基本上可以判斷線路及熱電阻沒有問題，是RTD模塊出現(xiàn)問題。又進(jìn)一步更換通道測試，再次確認(rèn)故障范圍，把這個熱電阻接在其使溫度采集模塊上，長時間未見溫度跳變。經(jīng)過各種測試，進(jìn)一步確定，是這個RTD模塊產(chǎn)生故障。快速解決辦法是人為提高聯(lián)鎖設(shè)定值或取消聯(lián)鎖。取消PLC聯(lián)鎖功能，生產(chǎn)系統(tǒng)失去聯(lián)鎖保護(hù)，提高聯(lián)鎖設(shè)定值和取消聯(lián)鎖保護(hù)都會產(chǎn)生不可預(yù)知的事故，會給生產(chǎn)帶來極大風(fēng)險。如果直接更換配件，RTD模塊溫度跳變原因還未查明，如圖2所示。

為了進(jìn)一步確RTD模塊故障原因，通過ModScan軟件監(jiān)視跳變通道寄存器地址，觀察數(shù)據(jù)跳變情況，發(fā)現(xiàn)了特別的現(xiàn)象。

30177地址里的溫度值，從29.6會跳變到一個111左右的特定值。馬上聯(lián)想到熱電阻分度表，查閱熱電阻溫度阻值對應(yīng)表，得知29.6879是溫度值，111.5591正是對應(yīng)的熱電阻值，原來該寄存器值，從溫度值突然跳變成阻值。通過繼續(xù)觀察，這個RTD模塊的4個通道都存在溫度值跳變成電阻值的問題，30179、30183兩個地址雖然沒有接入儀表，也會發(fā)生數(shù)據(jù)跳變。PLC系統(tǒng)主控卡模塊和RTD模塊通信，實時獲取RTD模塊的通道溫度值，可能由于RTD模塊異常，內(nèi)部數(shù)值轉(zhuǎn)換處理邏輯失靈，結(jié)果主控卡獲取到了RTD模塊通道電阻值

根據(jù)熱電阻分度表100Ω時，對應(yīng)0℃，138.5Ω對應(yīng)100℃?？捎嬎愠?，1Ω，約對應(yīng)2.6 ℃，當(dāng)寄存器正常顯示溫底值變成熱電阻值時，數(shù)值增大，我們設(shè)定的聯(lián)鎖值是75℃，當(dāng)-60 ℃時，對應(yīng)的電阻值是78Ω，這樣低溫的情況下，溫度跳變成阻值，都會觸發(fā)PLC聯(lián)鎖保護(hù)。而泵房及原油溫度都是零上溫度，只要一發(fā)生跳變，就會停泵。再次觀察歷史趨勢圖，曲線中顯示的最高值，其實就是43 ℃時，RTD模塊寄存器溫度值跳變成電阻值，此時實際溫度值遠(yuǎn)沒達(dá)到聯(lián)鎖值，系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖保護(hù)。

4 問題解決

查找到原因后，解決問題變得簡單。直接更換RTD模塊，可是更換模塊后，還有可以產(chǎn)生這樣的故障。查閱PLC系統(tǒng)手冊，RTD模塊在不同的寄存器存儲區(qū)，分別存儲通道的電阻值及轉(zhuǎn)換后的溫度值，這個RTD模塊30169開始的8個地址，存的是電阻值，30177開始的8個地址，存取的是轉(zhuǎn)變后的溫度值。于是決定將主控卡配置為直接讀取RTD模塊電阻值，通過組態(tài)軟件轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度工程值，然后再進(jìn)行聯(lián)鎖，同時對上位機(jī)溫度顯示進(jìn)行相應(yīng)的組態(tài)修改。

如果采集的是熱電阻值，如果發(fā)生阻值與溫度值之間跳變現(xiàn)象，那么跳變后，實際顯示的溫度值將變小很多，不會發(fā)生聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)。

4.1 上位機(jī)組態(tài)修改

PLC系統(tǒng)30169開始的2位寄存器存的是熱電阻阻值，直接把上位機(jī)原來采集地址30177址改為30169即可，更改后ESIPIDER7.0組態(tài)軟件變成采集熱電阻值。

4.2 量程轉(zhuǎn)換

PLC系統(tǒng)里的采集值，是指現(xiàn)場儀表采集到PLC系統(tǒng)里的原始數(shù)值，這個原始數(shù)值是儀表電信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到。組態(tài)軟件里要設(shè)定采集值與儀表量程對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過邏輯換算就能夠得出實際的工程值。不同的PLC系統(tǒng)使用的采集值不一樣（模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的精度有區(qū)別），PLC直接采集值叫祼數(shù)據(jù)值，祼數(shù)據(jù)值可以根據(jù)實際情況進(jìn)行更改。如PLC祼數(shù)據(jù)值下限對應(yīng)10000.0，上限對應(yīng)50000.0，如果儀表表的量程是0～100 ℃，則0℃對應(yīng)10000.0，100 ℃對應(yīng)50000.0。

泵房溫度及泵溫不會低于0℃，也不會高于200℃，我們?nèi)TD模塊的有效轉(zhuǎn)換量程。根據(jù)熱電阻分度表，0～200℃，對應(yīng)100～175.8Ω阻值。當(dāng)ESIPIDER組態(tài)軟件直接采集熱電阻時，如果不進(jìn)行一些一些轉(zhuǎn)換，直接用組態(tài)軟件默認(rèn)的下限10000.0，上限50000.0，對應(yīng)熱電阻量程，組態(tài)軟件采集到數(shù)值100Ω，需要轉(zhuǎn)換成溫度是零度，138.5Ω需要轉(zhuǎn)成100℃。

讓監(jiān)控員工每次看熱電阻阻值，不直觀。根據(jù)MODSCAN軟件掃描的跳變通道值，就是熱電阻分度表。就在想能不能更改裸數(shù)據(jù)值，設(shè)成熱電阻的分度表，量程設(shè)成分度表對應(yīng)的溫度值。

在ESIPIDER組態(tài)軟件設(shè)置熱電阻阻值與溫度顯示量程對應(yīng)，由于寄存器采集到的值是100～175.8Ω阻值，我們設(shè)置祼數(shù)據(jù)下限對應(yīng)100Ω，上限對應(yīng)175.8Ω，量程設(shè)定值下限設(shè)0，上限設(shè)200。經(jīng)過這樣的祼數(shù)據(jù)值與量程設(shè)定，組態(tài)軟件直接對阻值與溫度量程轉(zhuǎn)換，雖然采集的是電阻值，組態(tài)軟件界面上顯示的還是正常的溫度值，員工不會有任何不適應(yīng)。

4.3 下位機(jī)邏輯程序修改

上位機(jī)監(jiān)控面對操作員工，解決了溫度顯示，但下位機(jī)PLC程度原來是溫度寄存器地址參與聯(lián)鎖，需要改成阻值寄存器參與聯(lián)鎖。OPENPCS是PLC邏輯程序組態(tài)軟件，邏輯程序中，原來是位號TT_0402A的值是寄存器地址30177的RTD通道溫度值，當(dāng)值大于聯(lián)鎖設(shè)定值后，輸出停泵信號。在程序中，將TT_0402A對應(yīng)的寄存器地址修改為30169對應(yīng)地址，也是RTD通道電阻值，修改完成編譯通過，下載硬件配置及聯(lián)鎖邏輯程序。

由于系統(tǒng)采用了阻值聯(lián)鎖保護(hù)，上位機(jī)監(jiān)控軟件原來采用的是溫度聯(lián)鎖值，組態(tài)軟件采集溫度數(shù)值改為采集熱電阻值，要重新設(shè)定上位機(jī)組態(tài)軟件，聯(lián)鎖設(shè)定值要改成阻值模式。重新設(shè)定成阻值后，測試聯(lián)鎖保護(hù)功能，當(dāng)我們設(shè)定較低的聯(lián)鎖值時，立即觸發(fā)PLC聯(lián)鎖停泵。為了防止其它RTD模塊也發(fā)生數(shù)據(jù)跳變造成聯(lián)鎖停泵，把2個模塊也改成采集阻值模式，更改完聯(lián)鎖程序并下載后，測試聯(lián)鎖功能都正常。當(dāng)程序測試成功后，重新修改聯(lián)鎖保護(hù)值，75℃對應(yīng)129Ω阻值。相關(guān)組態(tài)修改后，自動化系統(tǒng)運行一個月以來，沒有發(fā)生聯(lián)鎖停泵情況，查看組態(tài)軟件歷史趨勢，溫度顯示平穩(wěn)，沒有再發(fā)生過跳變。

此次故障維修，看起來很復(fù)雜，核心就是熱電阻分度表，通過阻值與溫度轉(zhuǎn)換，解決溫度跳變問題;通過量程與采集值的轉(zhuǎn)換，巧妙的把熱電阻值轉(zhuǎn)變成溫度值。一個看起來復(fù)雜故障，通過簡單換算、設(shè)置得以解決。

5 結(jié)束語

當(dāng)RTD模塊出現(xiàn)此類故障，內(nèi)部數(shù)值轉(zhuǎn)換邏輯失靈，通道電阻值向通道溫度值轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)漏轉(zhuǎn)現(xiàn)象時，可以通過修改相應(yīng)的上位機(jī)組態(tài)配置及下位機(jī)邏輯程序，使用RTD模塊通道電阻值來實現(xiàn)PLC系統(tǒng)聯(lián)鎖控制功能。組態(tài)軟件直接讀取熱電阻阻值，系統(tǒng)更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉明禮，唐力，羅中.IDAS系統(tǒng)溫度信號跳變原因分析及處理[J].電工技術(shù)，2018（18）：52-53.