前 言 　　180萬噸/年ARGG三機(jī)組和氣壓機(jī)組控制系統(tǒng)是TRICONEX公司的TS3000控制系統(tǒng)和GE公司的90-70系列PLC系統(tǒng)，如TRICON系統(tǒng)見1所示。投用3年后陸續(xù)出現(xiàn)燒卡現(xiàn)象，如TRICON系統(tǒng)更換主處理器MP和各I/O卡件已有18塊之多，EDS系統(tǒng)已更換CPU、BIU、I/O卡件等達(dá)12塊（詳見表1），造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失并嚴(yán)重地威脅裝置的安全生產(chǎn)。 　　系統(tǒng)故障的分析研究 　　一、系統(tǒng)故障涉及的范圍 　　如附表所示，遇到的系統(tǒng)故障現(xiàn)象有以下幾個(gè)方面： 　　·卡籠箱故障：TRICON、GE90-70PLC、3500卡籠箱均更換過。 　　·系統(tǒng)卡件燒壞：TRICON系統(tǒng)更換電源模塊、主處理器MP、通訊卡EICM和各I/O卡件已有18塊之多；EDS系統(tǒng)已更換電源模塊、CPU、BIU、I/O卡件等達(dá)12塊；本特立3500系統(tǒng)卡件更換4塊；ASCC防喘振控制器燒壞等。 　　·系統(tǒng)通訊故障：EDS系統(tǒng)冗余的主副PLC出現(xiàn)6次不冗余現(xiàn)象；操作站與PLC的通訊故障出現(xiàn)4次。 　　·儀表設(shè)備燒壞：主風(fēng)機(jī)靜葉控制器的隔離柵燒毀1次；各類探頭和前置器更換累計(jì)達(dá)30余臺(tái)/次。 　 從附表可以看出，在裝置和機(jī)組的運(yùn)行期間，維護(hù)中對(duì)各類故障的處理措施基本上可以分幾種情況。系統(tǒng)接地的處理：詳細(xì)檢查接地系統(tǒng)，確保儀表專業(yè)接地符合要求；將系統(tǒng)工作地和安全地分開。電源系統(tǒng)的處理：檢查UPS的輸出電壓的精度及各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求（由UPS廠家配合進(jìn)行）；將UPS輸出端三相四線的中性點(diǎn)N相做接地聯(lián)接；更換UPS電源、6臺(tái)變壓器及電源開關(guān)。儀表回路的檢查：將所有儀表回路做了詳細(xì)的檢查。 [align=center] 圖1 TRICON系統(tǒng)示意圖[/align] 　　二、系統(tǒng)維護(hù)中值得思索的幾個(gè)問題 　　筆者認(rèn)為，以下幾個(gè)方面值得思考。 　　1、關(guān)于系統(tǒng)的工作環(huán)境因素 　　環(huán)境因素有溫度、濕度、電磁場、空氣塵埃等。實(shí)際上溫度、濕度和空氣中的腐蝕性氣體及允許塵埃量都符合要求，尤其是和其它機(jī)組控制室相比都是一樣的。 　　但交流電磁場的指標(biāo)卻很可能過高。原因如下： 　　·標(biāo)準(zhǔn)要求是：磁場＜2.5T/M，電場＜8V/M（14KHz～1GHz） 　　·據(jù)電磁場的理論可知：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。深入理解便是： 　?、俸愣ǖ碾妶鲋車鸁o磁場，恒定的磁場周圍無電場。 　?、诰鶆蜃兓碾妶鲋車a(chǎn)生恒定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場。 　?、壑芷谛宰兓碾妶鲋車嬖谕芷诘拇艌?，周期性變化的磁場在周圍產(chǎn)生同周期的電場。 　　·TRICON和EDS系統(tǒng)柜下面距離約3米處便是高達(dá)1萬伏的交流動(dòng)力電源（其它機(jī)組沒有）。當(dāng)大電機(jī)啟動(dòng)或停運(yùn)時(shí)產(chǎn)生很大的電磁場便會(huì)以光速傳播到遠(yuǎn)處。如圖3所示。而電子電路長期在這樣強(qiáng)的電磁場環(huán)境中工作，其性能便會(huì)逐漸下降，直至燒毀。這可能就是我們遇到經(jīng)常燒卡的現(xiàn)象。 [align=center] 圖2 電磁場的產(chǎn)生[/align] 　　2、關(guān)于系統(tǒng)的可靠性和可用性的問題 　　眾所周知,PLC具有很高的可靠性指標(biāo)，一般著名公司的PLC模塊其MTBF（平均無故障時(shí)間）都在幾萬到十幾萬小時(shí)，甚至幾十萬小時(shí)。但是以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可靠性又如何保證呢？ 　　據(jù)美國自動(dòng)化行業(yè)的典型統(tǒng)計(jì)， 以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的故障分布率如下： 由此可見，一個(gè)控制系統(tǒng)中只有20%的故障可由PLC直接診斷，而80%的故障在PLC外部,需要用另外的方法解決故障診斷。研究表明，在對(duì)一個(gè)成套設(shè)備或設(shè)備的故障檢修時(shí)，有一半以上的時(shí)間花在檢查、分隔、和確認(rèn)故障及其發(fā)生地點(diǎn)的工作上。因此，要提高以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可用性，應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮外部故障的防止和診斷的措施。 　　1） 選用質(zhì)量可靠、性能好的輸入和輸出器件。 　　2） 充分利用PLC的軟元件資源（如專為外部故 障檢測準(zhǔn)備的軟元件），強(qiáng)化PLC系統(tǒng)的外部故障檢測的功能。充分利用PLC CPU模塊和其它智能模塊的自診斷功能，如CPU模塊對(duì)自身的及對(duì)I/O模塊的診斷及報(bào)警，通信模塊對(duì)有關(guān)通信的診斷，熱電偶輸入模塊對(duì)斷偶的報(bào)警，等。充分認(rèn)識(shí)PLC CPU的在線更換I/O模塊的功能。 這時(shí)應(yīng)注意保持被更換的模塊所處的狀態(tài)，直到更換完畢再恢復(fù)直接從現(xiàn)場采集輸入信號(hào)，或直接向現(xiàn)場輸出信號(hào)。 　　3）正確選擇I/O模塊。絕大部分I/O模塊都是8個(gè)或16個(gè)或32個(gè)輸入/輸出點(diǎn)共用1個(gè)公共點(diǎn)。特別是對(duì)輸出模塊的輸出電流和流過公共點(diǎn)的電流均有限制。如某模塊每個(gè)輸出點(diǎn)的最大電流為0.5A，8個(gè)點(diǎn)共用1個(gè)公共點(diǎn)，流過它的最大電流為2A，這意味著只允許同時(shí)接通4點(diǎn)，否則會(huì)影響模塊的安全使用。對(duì)于輸入模塊，則要注意對(duì)一個(gè)公共點(diǎn)它允許同時(shí)可接通的點(diǎn)數(shù)（通常為60%）。在安排輸入/輸出的清單時(shí)，千萬不能忽略這個(gè)問題。 　　4）正確選擇輔助開關(guān)電源。注意電源有足夠的富裕容量。若安排雙電源作并聯(lián)運(yùn)行，一定要考慮適當(dāng)?shù)碾娐繁ＷC負(fù)載不會(huì)都由其中一個(gè)內(nèi)阻較低的那個(gè)電源承擔(dān)。 　　現(xiàn)在的模塊都采用新的集成電路元器件，元器件數(shù)量大為減少，電路板的熱設(shè)計(jì)均可保證在小型化的同時(shí)，長期可靠地工作。但是對(duì)于電源模塊來講，就比較難以達(dá)到這種境地。一般的電源模塊相對(duì)體積較大。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一定要十分注意這個(gè)問題，讓電源模塊有足夠的富裕容量。這種小錢沒有必要省，省了小錢可能造成隱患，教訓(xùn)并不鮮見。 　　5）容錯(cuò)能力。容錯(cuò)能力是一個(gè)控制器的主要指標(biāo)，它能檢測出瞬時(shí)或固有的故障并對(duì)其進(jìn)行在線修復(fù)。它提高了控制器的穩(wěn)定性。故障診斷程序，一定要在編控制程序的同時(shí)，考慮編故障診斷程序。有人把它稱為基于PLC的嵌入式故障診斷程序。 　　另外，還要注意輸入模塊的工作電壓足以保證0和1狀態(tài)正常翻轉(zhuǎn)，切勿把工作電壓定在接近0/1電平的下限，不然會(huì)產(chǎn)生工作不可靠的情況。 　　TRICON系統(tǒng)采用TMR技術(shù)，控制器包括三個(gè)完全獨(dú)立的分電路（電源是雙冗余的）。每個(gè)分電路與其它兩個(gè)電路并行處理應(yīng)用程序，并對(duì)所有離散IO數(shù)據(jù)進(jìn)行三取二的表決，對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行取中值的表決。由于每個(gè)分電路是與其它分電路完全隔離的，任何一個(gè)單點(diǎn)的故障都不會(huì)影響其它分電路，如一個(gè)分電路發(fā)生故障，其數(shù)據(jù)值會(huì)被其它的數(shù)據(jù)值覆蓋，操作員可對(duì)其進(jìn)修復(fù)或更換。TRICON具有在線診斷與自修復(fù)能力，對(duì)每個(gè)通道、每個(gè)模塊以及每個(gè)功能電路就進(jìn)行廣泛的診斷，并能及時(shí)報(bào)告錯(cuò)誤。允許日常的維護(hù)而為中斷控制。 　　3、關(guān)于接地的問題 　　接地是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。特別是我國長期以來在工礦企業(yè)中采用來自原蘇聯(lián)的三相四線制，把中線當(dāng)作零線用。220VAC電源取自一根相線和中線。在未大量使用集成電路和微處理器前，并不曾產(chǎn)生很多問題。但隨著集成電路和微處理器大量運(yùn)用于儀表、低壓電器、控制系統(tǒng)，甚至交直流傳動(dòng)控制后，正確處理接地便成為一個(gè)必須面對(duì)的技術(shù)問題。 　　對(duì)PLC控制系統(tǒng)來講，接地并不難處理。對(duì)一般以開關(guān)量為主、兼有一定的模擬量（4-20mA或1-5V等大信號(hào)）的系統(tǒng)，大多數(shù)情況下可以不接地（即浮空）。因?yàn)閷?duì)PLC來講，按日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，采用第三種接地，即接地電阻不大于100歐姆。如果你草率接了地，而這個(gè)地又是零線，并非真正的地，當(dāng)三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，零線的電位可能高達(dá)幾十伏特，弄不好就會(huì)使CPU故障，這方面的教訓(xùn)在國內(nèi)并不少見。如果系統(tǒng)中有熱電偶等小信號(hào)，接地的問題就要化點(diǎn)功夫了。為了避免交變感應(yīng)，在布線時(shí)要盡可能遠(yuǎn)離動(dòng)力線，或信號(hào)線與動(dòng)力線成正交排列，再加上電容濾波，在交流電源兩端接電源濾波器等措施，干擾問題不難解決。 　　4、關(guān)于軟硬件的配置問題 　　現(xiàn)代的PLC編程系統(tǒng)都是按IEC 61131-3的標(biāo)準(zhǔn)建立的。應(yīng)該說都貫徹了結(jié)構(gòu)化編程的基本方針。TRICON系統(tǒng)的編程軟件是MSW311，筆者用TS1131軟件（是MSW311的高級(jí)版本）對(duì)TRICON系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行了重新組態(tài)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)主機(jī)架的額定功率是175W，而實(shí)際組態(tài)為185W，超過額定功率10W，組態(tài)如圖3所示。如果按最初的設(shè)計(jì)實(shí)際組態(tài)的功率達(dá)225W（最初用2個(gè)EICM卡通訊，現(xiàn)在用2個(gè)NCM卡通訊），則過載40W。而2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架的實(shí)際功率均小于額定功率35W和75W，都不過載。 　　三、典型案例 　　2003年10月10日早8：30儀表值班巡檢發(fā)現(xiàn)ARGG三機(jī)組TRICON控制系統(tǒng)第2機(jī)架4槽DI卡報(bào)警，F(xiàn)ault燈亮。故障診斷信息為“Daul—Port Memory error”，該故障清除不掉。當(dāng)時(shí)的處理措施是：摘除該卡上的停機(jī)聯(lián)鎖，在線更換新卡。新卡工作正常后，故障信息可以清除掉。 [align=center] 圖3 TRICON系統(tǒng)組態(tài)畫面 表1 系統(tǒng)故障一覽表 [/align] 四、結(jié)論 　　PLC系統(tǒng)能否可靠長周期運(yùn)行，涉及的范偉很廣泛，系統(tǒng)的可靠性、安全性等必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范，并注重使用環(huán)境，加強(qiáng)定期檢測等維護(hù)，為平穩(wěn)生產(chǎn)創(chuàng)造條件