兖矿国际焦化有限公司3台堆取料机属于大型移动设备,主要实现原料煤的堆与取功能。其控制方式的设计采用西门子S7-300PLC控制,通讯方式为PROFIBUS-DP,其两通讯模块所在机架相聚直线距离约18米,采用同轴电缆连接,其长度约为30米,接地方式原设计采用一端接地,一端悬空。由于其供电方式采用3相工频交流10KV经变压器变为400V,回转电机、走行电机等变频器、舱壁振动器等设备运行及本机振动产生干扰频率,对西门子PLC系统造成严重威胁,经常导致CPU停止运行而造成设备停车。故障处理时,只需将CPU上开关打至“OFF”位置,然后在打至“RUN”位置。尤其在大负荷生产时,此故障频率会更高。
采取有效途径及方法
1、现场测量
在CPU正常待机运行时,测量PROFIBUS-DP通讯电缆(同轴电缆)屏蔽线对地交流电压,发现此电压为几十毫伏,当设备开始运行时,此电压在1至12伏特内变化,当CPU出现停止运行故障时,此电压升至几十伏特。
2、故障分析
原因1:PLC通讯电缆与其他交流控制、动力电缆共同敷设在一个电缆桥架上,距离高压柜、动力屏(大电流动力装置)较近。当系统运行性,这些交流电缆中会有较大电流流过,对通讯电缆造成一定的信号干扰。
原因2:当设备开始运行时,CPU模块本身会有一定程度的机械震动,产生一定的谐波频率干扰信号。
原因3:在设计安装上PROFIBUS-DP通讯电缆一端接地,当有干扰信号时,接地点电压不为零伏,出现了零点漂移现象。
原因4:在程序中,现场输入输出信号未经隔离直接进入PLC信号模块。
原因5:整个设备处于室外,遇到雷雨、大雾季节对PLC系统造成严重影响。
改造方案:
原因6:整个设备出了动力变压器外,还有控制变压器、电动机等感性负载,运行中容易产生电磁干扰。
改造方案:
1、在PLC通讯中,将PROFIBUS-DP通讯电缆屏蔽层两端加粗,同时与模块接地极相连,确保通讯模块两端接地点共地。
2、将外部开关量信号用中间继电器进行隔离,模拟量信号用信号变送器进行隔离,将PLC外部硬接点与外部链接完全隔离,大大降低外来信号的干扰(如图1,图2)。
改造后达到的效果
PLC控制系统运行稳定,不受大型设备运行状态的影响。不管大型设备运行与否,整个PLC控制系统均运行正常,不出现CPU停止运行现象,给生产运行创造了有利的条件。
结束语:
从改造后整个大型设备的运行状况来看,体现出了本次改造的必要性。通过分析,采取有效措施,针对现场的运行环境,果断实施,最终达到好的效果。本次改造的成功,进一步证明了PLC在实际应用中的领域和控制优势。