前 言
180万吨/年ARGG三机组和气压机组控制系统是TRICONEX公司的TS3000控制系统和GE公司的90-70系列PLC系统,如TRICON系统见1所示。投用3年后陆续出现烧卡现象,如TRICON系统更换主处理器MP和各I/O卡件已有18块之多,EDS系统已更换CPU、BIU、I/O卡件等达12块(详见表1),造成了一定的经济损失并严重地威胁装置的安全生产。
系统故障的分析研究
一、系统故障涉及的范围
如附表所示,遇到的系统故障现象有以下几个方面:
·卡笼箱故障:TRICON、GE90-70PLC、3500卡笼箱均更换过。
·系统卡件烧坏:TRICON系统更换电源模块、主处理器MP、通讯卡EICM和各I/O卡件已有18块之多;EDS系统已更换电源模块、CPU、BIU、I/O卡件等达12块;本特立3500系统卡件更换4块;ASCC防喘振控制器烧坏等。
·系统通讯故障:EDS系统冗余的主副PLC出现6次不冗余现象;操作站与PLC的通讯故障出现4次。
·仪表设备烧坏:主风机静叶控制器的隔离栅烧毁1次;各类探头和前置器更换累计达30余台/次。
图1 TRICON系统示意图
二、系统维护中值得思索的几个问题
笔者认为,以下几个方面值得思考。
1、关于系统的工作环境因素
环境因素有温度、湿度、电磁场、空气尘埃等。实际上温度、湿度和空气中的腐蚀性气体及允许尘埃量都符合要求CONTROL ENGINEERING China版权所有,尤其是和其它机组控制室相比都是一样的。
但交流电磁场的指标却很可能过高。原因如下:
·标准要求是:磁场<2.5T/M,电场<8V/M(14KHz~1GHz)
·据电磁场的理论可知:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体,这就是电磁场。深入理解便是:
①恒定的电场周围无磁场,恒定的磁场周围无电场。
②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场控制工程网版权所有,均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。
③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场,周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。
·TRICON和EDS系统柜下面距离约3米处便是高达1万伏的交流动力电源(其它机组没有)。当大电机启动或停运时产生很大的电磁场便会以光速传播到远处。如图3所示。而电子电路长期在这样强的电磁场环境中工作,其性能便会逐渐下降,直至烧毁。这可能就是我们遇到经常烧卡的现象。
图2 电磁场的产生
2、关于系统的可靠性和可用性的问题
众所周知,PLC具有很高的可靠性指标,一般著名公司的PLC模块其MTBF(平均无故障时间)都在几万到十几万小时,甚至几十万小时。但是以PLC为基础的控制系统的可靠性又如何保证呢?
据美国自动化行业的典型统计, 以PLC为基础的控制系统的故障分布率如下:
由此可见,一个控制系统中只有20%的故障可由PLC直接诊断,而80%的故障在PLC外部,需要用另外的方法解决故障诊断。研究表明,在对一个成套设备或设备的故障检修时CONTROL ENGINEERING China版权所有,有一半以上的时间花在检查、分隔、和确认故障及其发生地点的工作上。因此,要提高以PLC为基础的控制系统的可用性,应在系统设计时充分考虑外部故障的防止和诊断的措施。
1) 选用质量可靠、性能好的输入和输出器件。
2) 充分利用PLC的软元件资源(如专为外部故 障检测准备的软元件),强化PLC系统的外部故障检测的功能。充分利用PLC CPU模块和其它智能模块的自诊断功能,如CPU模块对自身的及对I/O模块的诊断及报警,通信模块对有关通信的诊断控制工程网版权所有,热电偶输入模块对断偶的报警,等。充分认识PLC CPU的在线更换I/O模块的功能。 这时应注意保持被更换的模块所处的状态,直到更换完毕再恢复直接从现场采集输入信号,或直接向现场输出信号。
3)正确选择I/O模块。绝大部分I/O模块都是8个或16个或32个输入/输出点共用1个公共点。特别是对输出模块的输出电流和流过公共点的电流均有限制。如某模块每个输出点的最大电流为0.5A,8个点共用1个公共点,流过它的最大电流为2A,这意味着只允许同时接通4点,否则会影响模块的安全使用。对于输入模块,则要注意对一个公共点它允许同时可接通的点数(通常为60%)。在安排输入/输出的清单时,千万不能忽略