某項目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

浙江省某縣級市Y市的垃圾焚燒發(fā)電廠規(guī)模為4臺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海康恒公司及日立造船公司提供的行動式高壓損爐排，每臺焚燒系統(tǒng)的控制系統(tǒng)配置西門子S7-300PLC系統(tǒng)，同時設(shè)置4組通訊卡件DP-Coupler分別與DCS控制系統(tǒng)進行Profibus-DP通訊。在PLC與DCS通訊過程當中，發(fā)現(xiàn)通訊信號會經(jīng)常出現(xiàn)信號跳躍波動，造成DCS接收的信號不穩(wěn)定，嚴重影響了爐排的操作和畫面的穩(wěn)定性。本文對此項目通訊信號跳躍現(xiàn)象進行分析和研究，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電纜進行多串口連接各個系統(tǒng)），相應(yīng)DP通訊卡件對應(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個獨立系統(tǒng)。其中ACC系統(tǒng)設(shè)置2套PLC的CPU（系統(tǒng)內(nèi)CPU之間進行通訊）：A組CPU連接ACC系統(tǒng)的主控機，主要用于內(nèi)部ACC工藝數(shù)據(jù)運行與計算;B組CPU用于爐排邏輯位控制，接受A組CPU的運算結(jié)果，并帶動4個DP-Coupler與DCS進行通訊，接受DC采集的相關(guān)工藝參數(shù)以及發(fā)出自動燃燒控制系統(tǒng)對于風(fēng)門及閥門的控制命令，包括信號采集交互。另外此項目DCS系統(tǒng)、ACC系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)共同連接一個接地大網(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，無任何錯誤代碼及錯誤指示）。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)實際數(shù)據(jù)交換時，開關(guān)量信號的高電平會間斷性且無規(guī)律變?yōu)榈碗娖?，但低電平信號不會跳變?yōu)楦唠娖?，跳變保持時間不定;模擬量信號直接會出現(xiàn)中斷為0的情況;這種不規(guī)律性傳輸信號中斷、跳躍，如圖1所示，造成相關(guān)設(shè)備運行聯(lián)鎖信號中斷、跳躍，從而使焚燒系統(tǒng)設(shè)備運行中斷，嚴重影響電廠正常運行。

信號中斷、跳躍時查看DCS系統(tǒng)及ACC系統(tǒng)PLC的運行狀態(tài)，均無故障及錯誤指示出現(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

針對通訊傳輸信號不定期無規(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)工程師就此問題進行分析，結(jié)合該項目自動燃燒控制系統(tǒng)配置情況（圖2）以及現(xiàn)場配置情況分析，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，接近通訊字最大長度;（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、由簡至繁的相關(guān)原則進行，進行多方位嘗試，避免放掉任何一個有可能引起故障的細節(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)配置以及以往項目案例檢查，通訊配置無誤;不同的是，該項目ACC配置的通訊模塊DP-Coupler通訊字長為255字（最大通訊字長為256字），懷疑通訊字長過長，因此重新配置DCS及PLC通訊字長，減少為30字;并根據(jù)情況更換DCS系統(tǒng)的DP通訊卡件;雙方變更之后進行測試，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個系統(tǒng)問題

該項目DCS系統(tǒng)的DP通訊卡件設(shè)置為一個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個獨立系統(tǒng)。檢查確認該DP串接中其他4個系統(tǒng)通訊正常，且自動燃燒控制系統(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，DCS系統(tǒng)、ACC系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)共用一個接地大網(wǎng)絡(luò)，但是實際檢測發(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)整改后進行測試，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，且沿途有多處運轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備，由于DP通訊串接5個系統(tǒng)中4個系統(tǒng)均正常，且自動燃燒控制系統(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，單獨從DCS通訊口臨時設(shè)置DP雙絞線電纜以及光纖，分別進行測試，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，進行了逐項檢查確認，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)通訊配置各個系統(tǒng)的PLC，并進行分配相關(guān)Profibus-DP通訊地址，查看此項目ACC系統(tǒng)通訊地址，設(shè)備站地址分別為9～12，查看以往項目案例通訊DP站址較大，故此將本項目DP通訊站址設(shè)置按照站址20～23進行配置（DCS及自動燃燒控制系統(tǒng)PLC配置均按照20～23進行對應(yīng)配置），進行檢測觀察發(fā)現(xiàn)傳輸信號中斷、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)通訊以及以往項目經(jīng)驗，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，無任何波動出現(xiàn);ACC系統(tǒng)投入穩(wěn)定，其控制下的各個焚燒設(shè)備控制正常，運行穩(wěn)定，確保了垃圾焚燒電廠4爐2機的順利運行，至此標志著Y市垃圾焚燒發(fā)電廠建成投產(chǎn)。

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

6結(jié)束語

本文通過對該項目通訊信號跳躍故障的分析及問題解決，為后續(xù)PLC與艾默生DCS通訊提供了一個有效的參考方案，與艾默生DCS通訊配置站址時，根據(jù)艾默生通訊卡件的特點，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)與動力電纜同橋架敷設(shè)，以避免信號干擾。

針對此類型問題，本文建議在與DCS廠商通訊配合的時候，應(yīng)該先行與DCS廠商溝通確認其通訊卡件的特點，提前確認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度。