葉濾機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)及常見(jiàn)電氣故障處理

廖名鋒 劉法平

（1.貴州省貴陽(yáng)市節(jié)能監(jiān)測(cè)站，貴陽(yáng) 550003；2.西氣東輸管道公司贛湘管理處，南昌330038）

可編程序控制器（PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置，它具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程等特點(diǎn)，越來(lái)越被廣泛應(yīng)用于各種各樣的工業(yè)場(chǎng)所。

葉濾機(jī)系統(tǒng)于2009年12月份正式投入企業(yè)運(yùn)行，本系統(tǒng)以德國(guó)西門(mén)子S7-200 PLC、STEP7-Micro/WIN32編程軟件、北京杰控科技有限公司 Fame View軟件和工控機(jī)為技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)PPI電纜連接工控機(jī)和PLC，通過(guò)工控機(jī)上工藝流程圖可視化起、停葉濾機(jī)系統(tǒng)，4#粗液泵電機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的壓力轉(zhuǎn)變成模擬量電流信號(hào)（4～20mA）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，有效控制葉濾機(jī)的進(jìn)料和壓力，該系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)較穩(wěn)定，自動(dòng)化控制。本文將葉濾機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、電氣故障分析及處理，淺談自己的一點(diǎn)體會(huì)。

1 葉濾機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

葉濾機(jī)自控系統(tǒng)原理框圖如圖1，在此系統(tǒng)中PLC為德國(guó)西門(mén)子 S7-200，其中，CPU模塊為CPU226，擴(kuò)展模塊EM231 AI4×12位2塊，EM232 AQ2×12位1塊。

圖1 130葉濾機(jī)自控系統(tǒng)原理圖

1.1 PLC輸入、輸出狀態(tài)

PLC輸入、輸出狀態(tài)指示如表1所示。

1.2 上位機(jī)

本系統(tǒng)采用的上位機(jī)是由硬件部分（CPU：P4 2.0G，內(nèi)存條：DDR400 256M，主板：FSC-1713VNA，硬盤(pán)：40G等）、軟件部分（北京杰控FameView V5.5組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)）組成。

表1 PLC輸入、輸出狀態(tài)指示

1.3 PLC通信

S7-200CPU可支持多種通信協(xié)議，如點(diǎn)到點(diǎn)（POINT-TO-POINT）的協(xié)議（PPI）、多點(diǎn)協(xié)議（MPI）及 PROFIBUS協(xié)議。本系統(tǒng)采用 PC/PPI電纜連接利用PPI協(xié)議進(jìn)行通信，由于PC計(jì)算機(jī)及筆記本電腦等設(shè)備的串口為RS-232信號(hào)，而PLC的通信口為RS-485信號(hào)，兩者之間要進(jìn)行通信，必須要有裝置將這兩種信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。PC/PPI電纜就是一種實(shí)現(xiàn)該功能的部件。通過(guò)PC/PPI電纜上的撥碼開(kāi)關(guān)選擇波特率，具體選擇如表2。

表2

1.4 4#粗液泵

4#粗液泵采用 6SE9533-7EL40 200KW 西門(mén)子變頻器進(jìn)行控制，變頻器中RL2B、RL2C為運(yùn)行信號(hào)，AIN+、AIN-為速度給定信號(hào)，A1OUT+、A1OUT-為速度反饋信號(hào)，A2OUT-、A2OUT+電流信號(hào)，起動(dòng)/停止信號(hào)至PLC，上電信號(hào)、故障信號(hào)從電控配電屏至PLC，所有連接均采用屏蔽電纜，屏蔽接地在PLC 柜統(tǒng)一接地，其他地方懸空。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)首先打開(kāi)粗液泵進(jìn)口閥門(mén)和加灰閥門(mén)，起動(dòng)加灰泵的同時(shí)起動(dòng)粗液泵，同時(shí)起動(dòng)葉濾機(jī)系統(tǒng)汽動(dòng)閥自動(dòng)控制程序，一個(gè)循環(huán)周期是 60min，首先打開(kāi)進(jìn)料汽動(dòng)閥和循環(huán)閥，其他汽動(dòng)閥關(guān)閉，循環(huán)閥打開(kāi)6 min后關(guān)閉，當(dāng)進(jìn)料閥打開(kāi)59 min后關(guān)閉，在其關(guān)閉的同時(shí)，卸壓閥和排泥閥同時(shí)打開(kāi)卸壓、排泥5 min，在卸壓和排泥閥關(guān)閉的同時(shí)，水平閥打開(kāi)55s形成汽墊和平衡液位，在水平閥關(guān)閉的同時(shí)，進(jìn)料和循環(huán)閥起動(dòng)，開(kāi)始新的循環(huán)，各個(gè)時(shí)間均可以在上位機(jī)上進(jìn)行設(shè)定。

4#粗液泵系統(tǒng)流程圖如圖2所示。4#粗液泵變頻器根據(jù)上位機(jī)上設(shè)定的壓力輸出一個(gè)自動(dòng)頻率，粗液泵按自動(dòng)轉(zhuǎn)速運(yùn)行，變頻器將檢測(cè)的轉(zhuǎn)速和電流反饋到 PLC的模擬量輸入模塊，當(dāng)壓力＜?jí)毫ο孪迺r(shí)，變頻器輸出電源頻率增大、壓力升高；當(dāng)壓力＞壓力上限時(shí)，變頻器輸出電源頻率減少、壓力降低，壓力始終保持在一定范圍。

3 現(xiàn)場(chǎng)故障原因分析及處理

檢查電氣故障時(shí)，首先要熟悉葉濾機(jī)各機(jī)構(gòu)的用途以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種電氣設(shè)備、元件的位置進(jìn)行了解，熟悉工控機(jī)及PLC的工作原理以及PLC梯形圖和上位機(jī)組態(tài)軟件，綜合利用設(shè)備說(shuō)明書(shū)及相關(guān)圖紙，運(yùn)用PLC的輸入輸出狀態(tài)指示以及上位機(jī)設(shè)備運(yùn)行指示，判斷故障出在哪一部分，從而快速處理故障。

圖2 4#粗液泵系統(tǒng)流程圖

3.1 上位機(jī)無(wú)法正確顯示4#粗液泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流

在當(dāng)時(shí)安裝完葉濾機(jī)控制設(shè)備后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了上述故障，首先我們檢查變頻器設(shè)置參數(shù)是正確的，檢查PPI電纜的波特率（變頻器PO92與PPI電纜均為9600波特）也是對(duì)的，再檢查PLC與變頻器的通信電纜連接，連接也是對(duì)的，檢查接地時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器與PLC均分別接地，為此我們將變頻器端的接地點(diǎn)拆除，再對(duì)照 SIEMENS SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)，我們?cè)賹⒛M量輸入模塊的負(fù)端（A-、B-、C-、D-）與公共接地端相連，經(jīng)共用一個(gè)公共接地點(diǎn)后，試車(chē)正常。這是因?yàn)榘丫哂胁煌娢粎⒖键c(diǎn)的設(shè)備互連會(huì)在互連電纜中產(chǎn)生不應(yīng)有的電流，這些不應(yīng)有的電流會(huì)引起通信錯(cuò)誤或損壞設(shè)備，要確實(shí)保證通信電纜連接的所有設(shè)備，或是共用一個(gè)公共電路參考點(diǎn)，或是相互隔離。

3.2 運(yùn)行一個(gè)周期后未重新開(kāi)始新的循環(huán)

通過(guò)對(duì)PLC梯形圖進(jìn)行分析，一個(gè)循環(huán)開(kāi)始首先是起動(dòng) 4#粗液泵變頻器，變頻器起動(dòng)延時(shí)進(jìn)料閥、循環(huán)閥通電打開(kāi)，變頻器停止、進(jìn)料閥關(guān)閉后，排泥閥、卸壓閥通電打開(kāi)，排泥閥關(guān)閉，延時(shí)打開(kāi)水平閥，完畢重新進(jìn)入循環(huán)。根據(jù)對(duì)PLC梯形圖分析：循環(huán)起動(dòng)開(kāi)始的前提條件是停車(chē)狀態(tài)和液位調(diào)整時(shí)間（如圖3所示），而液位調(diào)整時(shí)間又與液位調(diào)整時(shí)間設(shè)定、延時(shí)開(kāi)水平閥、排泥閥關(guān)等有關(guān)（如圖4所示），為此我們檢查了PLC接口電路及汽動(dòng)閥回訊器，發(fā)現(xiàn)是汽動(dòng)閥回訊器支架斷裂，開(kāi)、關(guān)到位信號(hào)無(wú)法正確傳送到PLC及上位機(jī)，更換回訊器后，開(kāi)車(chē)正常?？紤]到汽動(dòng)閥動(dòng)作頻繁，回訊器支架、傳動(dòng)軸是塑料的，發(fā)生斷裂的可能性較大，為此我們對(duì)回訊器進(jìn)行了改造，將限位開(kāi)關(guān)改為接近開(kāi)關(guān)，支架改為鋼支架，運(yùn)行近兩年情況較好，基本杜絕此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生。

圖3

圖4

3.3 葉濾機(jī)工控機(jī)開(kāi)機(jī)黑屏，不能工作

原因分析：（1）工控機(jī)沒(méi)有電源輸入（2）工控機(jī)開(kāi)關(guān)電源壞（3）主板壞及故障（4）內(nèi)存條壞（5）集成顯卡壞（6）工控機(jī)開(kāi)關(guān)壞（7）CPU壞等。我們首先檢查工控機(jī)電源輸入，是有的，然后打開(kāi)工控機(jī)機(jī)箱開(kāi)機(jī)后，檢查 FSC-1713VNA主板上的±12V和±5V指示燈是亮的，說(shuō)明工控機(jī)ATX電源是好的，根據(jù) FSC-1713VNA主板說(shuō)明書(shū)，將主板上JP2跳線(xiàn)清CMOS內(nèi)容，開(kāi)機(jī)后，工控機(jī)進(jìn)入桌面，但無(wú)法起動(dòng)北京杰控組態(tài)軟件，對(duì)C盤(pán)進(jìn)行清理后，起動(dòng)組態(tài)軟件正常。

4 結(jié)論

針對(duì)葉濾機(jī)自控系統(tǒng)電氣故障，我們得出的體會(huì)是：出現(xiàn)故障時(shí)，一定要查明情況，仔細(xì)確認(rèn)后，根據(jù)故障性質(zhì)檢查相關(guān)的PLC輸出狀態(tài)指示和上位機(jī)的歷史記錄，再根據(jù)輸出狀態(tài)指示來(lái)檢查PLC輸入狀態(tài)指示，電控回路及PLC。如果PLC的接口電路和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元器件沒(méi)有故障，在上位機(jī)上檢查PLC的程序以及狀態(tài)監(jiān)控，就能快速地查出故障。一般情況下，絕大部分是PLC外圍輸入、輸出回路故障。

[1] SIEMENS SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè).2002.3.

[2] 區(qū)光和，梁姚順.PLC在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.重慶:電工技術(shù),2005(9).

[3] 北京杰控科技有限公司Fame View組態(tài)軟件使用手冊(cè).