PLC站控系統溫度跳變引起聯鎖故障的分析及處理

乙加牛 樊榮

[摘 ? ?要 ] ?PLC站控系統在運行過程中發生溫度值異常跳變升高，觸發了聯鎖停泵現象。經過分析，得出聯鎖觸發原因，是由于溫度異常跳變，造成聯鎖停機。常規方法是更換信號跳變的元件。此次故障解決通過分析PLC模塊原理，在不更換硬件的情況下，通過修改組態軟件采集寄存器地址，設置組態軟件量程與溫度對應關系，解決了溫度跳變引起的聯鎖故障。

[關鍵詞]溫度;異常跳變;聯鎖

[中圖分類號]TE973.8 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]During the operation of the PLC station control system， an abnormal jump of temperature occurred， which triggered the phenomenon of interlocking pump shutdown. After analysis， it is concluded that the reason for the interlock triggering is due to the abnormal temperature jump， which causes the interlock to stop. The conventional method is to replace the signal jumper component. The troubleshooting this time is through analyzing the principle of the PLC module， without changing the hardware， by modifying the configuration software to collect the register address， setting the configuration software range and the temperature correspondence， and solving the interlocking failure caused by the temperature jump.

[Keywords]temperature; abnormal jump; interlock

新疆克拉瑪依油田公司某轉油站，對油田來液進行分離、加熱、后到壓力緩沖罐，經3臺75 kW轉油泵增壓后，原油外輸到聯合站。配有一套專門的小型PLC站控系統，2臺監控電腦監控所有參數，1臺在站內就地監控，另一臺在聯合站進行遠程監控。由于轉油泵功率較大，為了防止意外故障造成泵電機燒毀，現場電機及泵體部位安裝有溫度、震動傳感器，實現聯鎖停泵保護。當電機溫度及泵體振動達到聯鎖設定值時，自動停泵保護。

站庫系統上位機監控軟件采用的是ESIPIDER7.0，力控ForceControl V7.0 OEM版。下位機硬件組態ESET2018軟件，該軟件可對北硬件產品進行通信、采集、PID等參數配置及寄存器調試操作。聯鎖編程采用OPENPCS2008軟件。

1 故障現象

值班員工反饋，轉油泵偶有自動停泵現象，具體原因未知，已經多次發生，當聯鎖停泵后，停一段時間后又可以重新啟泵。由于原油輸送不能中斷，不排查出自動停泵原因，一旦停泵后不能及時發現，有可能會造成管線憋壓破裂、原油泄漏的生產事故，產生安全環保風險，給企業帶來經濟損失。

2 原因分析

查看上位機監控軟件所有能引起停泵參數歷史趨勢，對歷史趨勢進行分析，發現泵后軸溫度TT_0402A及泵體溫度產生了瞬間跳變，如圖1所示，造成瞬時值超過聯鎖設定值75℃，觸發PLC聯鎖停泵。正常情況下，轉油泵的后軸溫度及泵體溫度升高是一個平滑過程。初步判斷，此次聯鎖停機是由于溫度跳變造成。

3 排查及處理經過

PLC系統溫度采集用的是4路PT100RTD模塊，用ESET2018軟件上載硬件配置進行查看，RTD模塊使用了從30177開始8個采集寄存器地址，每路浮點溫度值占用2個寄存器地址。產生跳變的泵后軸溫度和泵體溫度接入的是同一個RTD溫度采集模塊。

本次故障檢修時，首先懷疑是線路接觸不良，由于泵的振動，造成瞬間斷路，阻值異常變大，造成溫度升高，檢查熱電阻傳輸鏈路的各個接點，沒有發現任何松動現象。又進行熱電阻更換測試，一個新熱電阻直接在控制柜上接入溫度跳變通道，經過長時間觀察，還是有跳變現象，基本上可以判斷線路及熱電阻沒有問題，是RTD模塊出現問題。又進一步更換通道測試，再次確認故障范圍，把這個熱電阻接在其使溫度采集模塊上，長時間未見溫度跳變。經過各種測試，進一步確定，是這個RTD模塊產生故障。快速解決辦法是人為提高聯鎖設定值或取消聯鎖。取消PLC聯鎖功能，生產系統失去聯鎖保護，提高聯鎖設定值和取消聯鎖保護都會產生不可預知的事故，會給生產帶來極大風險。如果直接更換配件，RTD模塊溫度跳變原因還未查明，如圖2所示。

為了進一步確RTD模塊故障原因，通過ModScan軟件監視跳變通道寄存器地址，觀察數據跳變情況，發現了特別的現象。

30177地址里的溫度值，從29.6會跳變到一個111左右的特定值。馬上聯想到熱電阻分度表，查閱熱電阻溫度阻值對應表，得知29.6879是溫度值，111.5591正是對應的熱電阻值，原來該寄存器值，從溫度值突然跳變成阻值。通過繼續觀察，這個RTD模塊的4個通道都存在溫度值跳變成電阻值的問題，30179、30183兩個地址雖然沒有接入儀表，也會發生數據跳變。PLC系統主控卡模塊和RTD模塊通信，實時獲取RTD模塊的通道溫度值，可能由于RTD模塊異常，內部數值轉換處理邏輯失靈，結果主控卡獲取到了RTD模塊通道電阻值

根據熱電阻分度表100Ω時，對應0℃，138.5Ω對應100℃。可計算出，1Ω，約對應2.6 ℃，當寄存器正常顯示溫底值變成熱電阻值時，數值增大，我們設定的聯鎖值是75℃，當-60 ℃時，對應的電阻值是78Ω，這樣低溫的情況下，溫度跳變成阻值，都會觸發PLC聯鎖保護。而泵房及原油溫度都是零上溫度，只要一發生跳變，就會停泵。再次觀察歷史趨勢圖，曲線中顯示的最高值，其實就是43 ℃時，RTD模塊寄存器溫度值跳變成電阻值，此時實際溫度值遠沒達到聯鎖值，系統進行了聯鎖保護。

4 問題解決

查找到原因后，解決問題變得簡單。直接更換RTD模塊，可是更換模塊后，還有可以產生這樣的故障。查閱PLC系統手冊，RTD模塊在不同的寄存器存儲區，分別存儲通道的電阻值及轉換后的溫度值，這個RTD模塊30169開始的8個地址，存的是電阻值，30177開始的8個地址，存取的是轉變后的溫度值。于是決定將主控卡配置為直接讀取RTD模塊電阻值，通過組態軟件轉換為相應的溫度工程值，然后再進行聯鎖，同時對上位機溫度顯示進行相應的組態修改。

如果采集的是熱電阻值，如果發生阻值與溫度值之間跳變現象，那么跳變后，實際顯示的溫度值將變小很多，不會發生聯鎖停機保護。

4.1 上位機組態修改

PLC系統30169開始的2位寄存器存的是熱電阻阻值，直接把上位機原來采集地址30177址改為30169即可，更改后ESIPIDER7.0組態軟件變成采集熱電阻值。

4.2 量程轉換

PLC系統里的采集值，是指現場儀表采集到PLC系統里的原始數值，這個原始數值是儀表電信號經過模數轉換后得到。組態軟件里要設定采集值與儀表量程對應關系，經過邏輯換算就能夠得出實際的工程值。不同的PLC系統使用的采集值不一樣（模數轉換電路的精度有區別），PLC直接采集值叫祼數據值，祼數據值可以根據實際情況進行更改。如PLC祼數據值下限對應10000.0，上限對應50000.0，如果儀表表的量程是0～100 ℃，則0℃對應10000.0，100 ℃對應50000.0。

泵房溫度及泵溫不會低于0℃，也不會高于200℃，我們取RTD模塊的有效轉換量程。根據熱電阻分度表，0～200℃，對應100～175.8Ω阻值。當ESIPIDER組態軟件直接采集熱電阻時，如果不進行一些一些轉換，直接用組態軟件默認的下限10000.0，上限50000.0，對應熱電阻量程，組態軟件采集到數值100Ω，需要轉換成溫度是零度，138.5Ω需要轉成100℃。

讓監控員工每次看熱電阻阻值，不直觀。根據MODSCAN軟件掃描的跳變通道值，就是熱電阻分度表。就在想能不能更改裸數據值，設成熱電阻的分度表，量程設成分度表對應的溫度值。

在ESIPIDER組態軟件設置熱電阻阻值與溫度顯示量程對應，由于寄存器采集到的值是100～175.8Ω阻值，我們設置祼數據下限對應100Ω，上限對應175.8Ω，量程設定值下限設0，上限設200。經過這樣的祼數據值與量程設定，組態軟件直接對阻值與溫度量程轉換，雖然采集的是電阻值，組態軟件界面上顯示的還是正常的溫度值，員工不會有任何不適應。

4.3 下位機邏輯程序修改

上位機監控面對操作員工，解決了溫度顯示，但下位機PLC程度原來是溫度寄存器地址參與聯鎖，需要改成阻值寄存器參與聯鎖。OPENPCS是PLC邏輯程序組態軟件，邏輯程序中，原來是位號TT_0402A的值是寄存器地址30177的RTD通道溫度值，當值大于聯鎖設定值后，輸出停泵信號。在程序中，將TT_0402A對應的寄存器地址修改為30169對應地址，也是RTD通道電阻值，修改完成編譯通過，下載硬件配置及聯鎖邏輯程序。

由于系統采用了阻值聯鎖保護，上位機監控軟件原來采用的是溫度聯鎖值，組態軟件采集溫度數值改為采集熱電阻值，要重新設定上位機組態軟件，聯鎖設定值要改成阻值模式。重新設定成阻值后，測試聯鎖保護功能，當我們設定較低的聯鎖值時，立即觸發PLC聯鎖停泵。為了防止其它RTD模塊也發生數據跳變造成聯鎖停泵，把2個模塊也改成采集阻值模式，更改完聯鎖程序并下載后，測試聯鎖功能都正常。當程序測試成功后，重新修改聯鎖保護值，75℃對應129Ω阻值。相關組態修改后，自動化系統運行一個月以來，沒有發生聯鎖停泵情況，查看組態軟件歷史趨勢，溫度顯示平穩，沒有再發生過跳變。

此次故障維修，看起來很復雜，核心就是熱電阻分度表，通過阻值與溫度轉換，解決溫度跳變問題;通過量程與采集值的轉換，巧妙的把熱電阻值轉變成溫度值。一個看起來復雜故障，通過簡單換算、設置得以解決。

5 結束語

當RTD模塊出現此類故障，內部數值轉換邏輯失靈，通道電阻值向通道溫度值轉換時出現漏轉現象時，可以通過修改相應的上位機組態配置及下位機邏輯程序，使用RTD模塊通道電阻值來實現PLC系統聯鎖控制功能。組態軟件直接讀取熱電阻阻值，系統更穩定。

參考文獻

[1] 劉明禮，唐力，羅中.IDAS系統溫度信號跳變原因分析及處理[J].電工技術，2018（18）：52-53.