某項(xiàng)目DCS與ACC系統(tǒng)通訊跳躍故障處理方案研究

陳亮亮 吳斯鵬 王高尚

關(guān)鍵詞：通訊干擾;自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng);通訊串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

0引言

浙江省某縣級(jí)市Y市的垃圾焚燒發(fā)電廠規(guī)模為4臺(tái)750t/，垃圾焚燒爐，日處理Y市周邊生活垃圾3000t;此電廠中控系統(tǒng)配置艾默生DCS系統(tǒng)，垃圾焚燒爐排配套使用上?？岛愎炯叭樟⒃齑咎峁┑男袆?dòng)式高壓損爐排，每臺(tái)焚燒系統(tǒng)的控制系統(tǒng)配置西門子S7-300PLC系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置4組通訊卡件DP-Coupler分別與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行Profibus-DP通訊。在PLC與DCS通訊過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)通訊信號(hào)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)跳躍波動(dòng)，造成DCS接收的信號(hào)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了爐排的操作和畫面的穩(wěn)定性。本文對(duì)此項(xiàng)目通訊信號(hào)跳躍現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究，為后續(xù)與DCS廠商的通訊配合提供有效的參考方案。

1背景

此項(xiàng)目DCS通訊卡件配置方案為使用串聯(lián)連接通訊（即通過一根DP電纜進(jìn)行多串口連接各個(gè)系統(tǒng)），相應(yīng)DP通訊卡件對(duì)應(yīng)串聯(lián)連接的系統(tǒng)分別為燃燒器系統(tǒng)、激波吹灰器系統(tǒng)、自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（ACC）、蒸汽吹灰器系統(tǒng)、輸灰輸渣系統(tǒng)等5個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。其中ACC系統(tǒng)設(shè)置2套PLC的CPU（系統(tǒng)內(nèi)CPU之間進(jìn)行通訊）：A組CPU連接ACC系統(tǒng)的主控機(jī)，主要用于內(nèi)部ACC工藝數(shù)據(jù)運(yùn)行與計(jì)算;B組CPU用于爐排邏輯位控制，接受A組CPU的運(yùn)算結(jié)果，并帶動(dòng)4個(gè)DP-Coupler與DCS進(jìn)行通訊，接受DC采集的相關(guān)工藝參數(shù)以及發(fā)出自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)門及閥門的控制命令，包括信號(hào)采集交互。另外此項(xiàng)目DCS系統(tǒng)、ACC系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)共同連接一個(gè)接地大網(wǎng)絡(luò)。

2故障典型特征

DCS系統(tǒng)與ACC系統(tǒng)通過匹配相關(guān)設(shè)備以及設(shè)置相關(guān)參數(shù)，成功建立通訊（在DCS及PLC通訊模塊均顯示正常，無任何錯(cuò)誤代碼及錯(cuò)誤指示）。ACC系統(tǒng)的PLC側(cè)送至DCS的數(shù)據(jù)包經(jīng)過解碼，發(fā)現(xiàn)實(shí)際數(shù)據(jù)交換時(shí)，開關(guān)量信號(hào)的高電平會(huì)間斷性且無規(guī)律變?yōu)榈碗娖剑碗娖叫盘?hào)不會(huì)跳變?yōu)楦唠娖?，跳變保持時(shí)間不定;模擬量信號(hào)直接會(huì)出現(xiàn)中斷為0的情況;這種不規(guī)律性傳輸信號(hào)中斷、跳躍，如圖1所示，造成相關(guān)設(shè)備運(yùn)行聯(lián)鎖信號(hào)中斷、跳躍，從而使焚燒系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行中斷，嚴(yán)重影響電廠正常運(yùn)行。

信號(hào)中斷、跳躍時(shí)查看DCS系統(tǒng)及ACC系統(tǒng)PLC的運(yùn)行狀態(tài)，均無故障及錯(cuò)誤指示出現(xiàn)，且雙方通訊正常。此情況不定期出現(xiàn)，無法有效預(yù)防。3故障原因分析

針對(duì)通訊傳輸信號(hào)不定期無規(guī)則中斷、跳躍事件，立即組織熱控技術(shù)人員、DCS工程師、ACC系統(tǒng)工程師就此問題進(jìn)行分析，結(jié)合該項(xiàng)目自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)配置情況（圖2）以及現(xiàn)場(chǎng)配置情況分析，經(jīng)討論列出以下內(nèi)容：（1）DCS及PLC通訊配置問題;（2）DP通訊串接5個(gè)系統(tǒng)問題;（3）接地網(wǎng)絡(luò)干擾問題;（4）PLC通訊模塊DP-Coupler通訊數(shù)據(jù)較長(zhǎng)，接近通訊字最大長(zhǎng)度;（5）通訊電纜敷設(shè)路徑受到電氣干擾問題等。總之此類通訊問題分析應(yīng)按照由易至難、由簡(jiǎn)至繁的相關(guān)原則進(jìn)行，進(jìn)行多方位嘗試，避免放掉任何一個(gè)有可能引起故障的細(xì)節(jié)。

4存在問題及解決方案

（1）DCS系統(tǒng)及PLC系統(tǒng)通訊配置問題

由于通訊建立正常，僅為信號(hào)中斷、跳躍問題，因此首先檢查DCS及PLC相關(guān)通訊參數(shù)配置問題，根據(jù)相關(guān)配置以及以往項(xiàng)目案例檢查，通訊配置無誤;不同的是，該項(xiàng)目ACC配置的通訊模塊DP-Coupler通訊字長(zhǎng)為255字（最大通訊字長(zhǎng)為256字），懷疑通訊字長(zhǎng)過長(zhǎng)，因此重新配置DCS及PLC通訊字長(zhǎng)，減少為30字;并根據(jù)情況更換DCS系統(tǒng)的DP通訊卡件;雙方變更之后進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)通訊依然存在相關(guān)問題，并無改善。

（2）DP通訊串接5個(gè)系統(tǒng)問題

該項(xiàng)目DCS系統(tǒng)的DP通訊卡件設(shè)置為一個(gè)DP端口通過一根DP電纜串接燃燒器系統(tǒng)、激波吹灰器系統(tǒng)、自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)、蒸汽吹灰器系統(tǒng)、輸灰輸渣系統(tǒng)等5個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。檢查確認(rèn)該DP串接中其他4個(gè)系統(tǒng)通訊正常，且自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)（ACC）配置在第2位置（屬于中間位置），排除DP串接是引起相關(guān)信號(hào)中斷、跳躍的因素。

（3）接地網(wǎng)絡(luò)干擾問題

由于相關(guān)設(shè)計(jì)，DCS系統(tǒng)、ACC系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)共用一個(gè)接地大網(wǎng)絡(luò)，但是實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)DCS端接地網(wǎng)絡(luò)良好，且與其他系統(tǒng)通訊正常。因此檢查自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)側(cè)相關(guān)接地，由于附件電氣設(shè)備較多，因此根據(jù)判斷將ACC系統(tǒng)的至大接地網(wǎng)絡(luò)的接地線切斷，直接設(shè)置單獨(dú)接地線及接地裝置（接地電阻滿足要求），并將DP電纜兩端DP接頭的屏蔽層檢查整改，滿足接頭屏蔽要求;經(jīng)整改后進(jìn)行測(cè)試，通訊依然存在相關(guān)問題，并無改善。

（4）通訊電纜敷設(shè)路徑受到電氣干擾問題

DCS系統(tǒng)與ACC系統(tǒng)通訊DP電纜敷設(shè)路徑存在很多電氣電纜，且沿途有多處運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備，由于DP通訊串接5個(gè)系統(tǒng)中4個(gè)系統(tǒng)均正常，且自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)處于中間位，因此該情況也可初步排除，但為了一步步檢查解決問題，單獨(dú)從DCS通訊口臨時(shí)設(shè)置DP雙絞線電纜以及光纖，分別進(jìn)行測(cè)試，通訊依然存在相關(guān)問題，并無改善。

根據(jù)通訊存在的中斷、跳躍相關(guān)問題，進(jìn)行了逐項(xiàng)檢查確認(rèn)，并未得到任何改善。因此再次檢查相關(guān)DCS及PLC配置情況：DCS系統(tǒng)通訊配置各個(gè)系統(tǒng)的PLC，并進(jìn)行分配相關(guān)Profibus-DP通訊地址，查看此項(xiàng)目ACC系統(tǒng)通訊地址，設(shè)備站地址分別為9～12，查看以往項(xiàng)目案例通訊DP站址較大，故此將本項(xiàng)目DP通訊站址設(shè)置按照站址20～23進(jìn)行配置（DCS及自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)PLC配置均按照20～23進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置），進(jìn)行檢測(cè)觀察發(fā)現(xiàn)傳輸信號(hào)中斷、跳躍問題解除，并持續(xù)跟蹤2h，再未出現(xiàn)相關(guān)問題，通訊數(shù)據(jù)正常。反觀DCS系統(tǒng)相關(guān)通訊以及以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，建議DP地址0～10一般作為主站或其他使用，從站地址從10之后開始（如無特殊要求）。

5運(yùn)行效果

自DCS系統(tǒng)與ACC系統(tǒng)解決通訊問題后，相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸正常，無任何波動(dòng)出現(xiàn);ACC系統(tǒng)投入穩(wěn)定，其控制下的各個(gè)焚燒設(shè)備控制正常，運(yùn)行穩(wěn)定，確保了垃圾焚燒電廠4爐2機(jī)的順利運(yùn)行，至此標(biāo)志著Y市垃圾焚燒發(fā)電廠建成投產(chǎn)。

圖3所示為穩(wěn)定運(yùn)行后相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)并未出現(xiàn)信號(hào)中斷、跳躍的情況。

6結(jié)束語

本文通過對(duì)該項(xiàng)目通訊信號(hào)跳躍故障的分析及問題解決，為后續(xù)PLC與艾默生DCS通訊提供了一個(gè)有效的參考方案，與艾默生DCS通訊配置站址時(shí)，根據(jù)艾默生通訊卡件的特點(diǎn)，建議配置站址大于20，這樣更有利于通訊穩(wěn)定，并且通訊電纜不應(yīng)與動(dòng)力電纜同橋架敷設(shè)，以避免信號(hào)干擾。

針對(duì)此類型問題，本文建議在與DCS廠商通訊配合的時(shí)候，應(yīng)該先行與DCS廠商溝通確認(rèn)其通訊卡件的特點(diǎn)，提前確認(rèn)是否有特殊通訊要求，以避免發(fā)生類似問題而影響工程進(jìn)度。