電磁干擾造成PLC總線通信報錯的實例分析

肖江凱

(浙江華電環保系統工程有限公司，浙江 杭州 310012)

1 系統概況

安徽平圩電廠原#1鍋爐灰渣處理系統為Quantum Modicon PLC系統，在#1鍋爐灰系統改造工程中，增加了2個遠程I/O柜(5個遠程機架)，加上原渣系統的5個遠程機架，改造后的灰渣系統共有10個遠程機架，每個機架設置1塊CRA93200通信模塊，采用RI/O總線與主機架CRP93200構成冗余總線系統。處理器采用的是Quantum高端67160系列雙機熱備CPU。

由于是改造工程，機柜安裝位置受到局限，CPU主機柜位于控制樓2樓，新增的2臺灰系統遠程I/O柜(#1，#2程控柜)位于灰系統低壓配電室，原渣系統遠程I/O柜(#3，#4柜)位于渣漿泵房配電間。

CPU主機柜與灰系統I/O柜相距約150 m，灰系統I/O柜與渣系統I/O柜相距約200 m。原系統RI/O網絡均采用RG－6同軸電纜連接，考慮到改造工程現場電氣環境較復雜，特增設光纖中繼器(490NRP95400)，將CPU柜和#1柜以及#2柜與#3柜之間的RI/O總線均改為多模光纖連接。

可編程控制器(PLC)系統各機柜及總線連接示意圖如圖1所示。

2 通信異常現象

系統調試后，整個PLC系統運行正常，用UnityPro在線監測CPU及各通信模塊、I/O模塊信息，均顯示工作正常，上位機遠方監控灰渣系統內所有設備及儀表亦正常，但還存在以下現象:在RI/O雙網冗余情況下，PLC系統運行正常，但主機架上CRP模塊出現ERROR A和ERROR B指示燈隨機閃爍情況，閃爍頻率為3～5 s/次;同時，遠程機架上所有CRA模塊上亦出現此情況，但閃爍頻率為30～50 s/次。

由于是通信模塊出現ERROR燈閃爍，首先懷疑RI/O總線物理連接有問題，遂檢查所有RG－6電纜接頭及光纖接頭，未發現問題。隨即發現將RI/O干纜斷開一路(比如斷開A纜)時，CRP及CRA上均顯示 ERROR A，即網絡 A故障，但 ERROR B不再亮起，說明B纜物理鏈路正常;同樣，當斷開B纜時，CRP及CRA上均顯示ERROR B，同時ERROR A不再亮起，說明A纜物理鏈路亦正常。

3 排查及分析

3.1 硬件排查

在物理鏈路正常的情況下，為何會報錯信息呢?是否RI/O網絡中有某些部分存在不穩定性?逐個排查，更換了光纖中繼器、RI/O分支器(MA－0185－100)乃至主機架CRP通信模塊，通信模塊ERROR燈依然閃爍，從而排除了網絡組件的因素。是否是RI/O網絡物理結構有問題?比如分支電纜長度，RI/O分支器間距等。由于新增的#1，#2程控柜內空間有限，預裝的分支器間距及分支電纜長度均未達到施耐德標準要求。為了徹查原因，重新制作了分支電纜及分支器間連接干纜(每根長2.5 m以上)，結果還是令人失望。

3.2 軟件監測分析

硬件物理鏈路檢查未果，于是從軟件著手進行分析。通過UnityPro監測CPU的一些關鍵系統字，可以查看RI/O網絡通信狀態。

%SW535表示啟動時出現 RI/O錯誤，在線監測該字為0，說明啟動時無RI/O錯誤。%SW536～%SW538表示A纜的通信錯誤字。%SW536為幀錯誤計數及DMA接收器溢出計數，在線監測該字為0。

%SW537為接收器錯誤計數及不正確的工作站接收計數，在線監測該字為不斷增加的數值，說明RI/O網絡中確實存在不正確的接收，而且總數周期性增加。

圖1 #1爐灰渣PLC系統示意圖

%SW538為CRC錯誤、校正錯誤、溢出錯誤等，在線監測該字為0，說明無相應錯誤。

%SW539～%SW541表示B纜的通信錯誤字，在線監測結果和A纜類似。

從上述狀態字監測中可以看出，RI/O網絡中確實存在不正確的接收，且A，B纜同時存在類似現象。由于排除了RI/O網絡硬件問題的可能性，那還有什么因素會同時影響到A，B 2組網絡呢?

是否會是電磁干擾呢?為此，浙江華電環保系統工程有限公司有關人員咨詢了施耐德相關專家，同樣也是如此判斷。

3.3 干擾原因及影響分析

由于是改造工程，遠程I/O柜并未放置在專門的電子間，而是位于400 V低壓配電室內，距離大容量干式變壓器距離不足2 m，I/O柜周圍有較多中壓及低壓大電流動力電纜，整個RI/O總線系統處于一個充滿電磁干擾的環境，每個遠程機架均會隨機性地受到干擾。每當一個遠程站的A纜或B纜受到一次干擾時，相應CRA便閃爍一次ERROR燈，同時CRP上也出現ERROR閃爍;根據實測，遠程站CRA上ERROR燈閃爍頻率為30～50 s/次，而主機架CPR上ERROR燈閃爍頻率為3～5 s/次，因為每個CRA出現一次報錯，均會在CRP上顯示報錯。此報錯信息并非是RI/O總線網絡故障或不穩定，而是總線系統有電磁干擾。

RI/O總線受到電磁干擾后，從CPU系統狀態字中看到，雖然存在不正確的工作站接收，但DMA接收溢出、幀錯誤、校正錯誤、溢出錯誤等狀態字均顯示正常，說明此干擾并未影響到PLC系統的指令傳輸，對系統穩定性并無實質影響。

3.4 解決方案討論

解決電磁干擾，最好在工控系統的設計階段對盤柜的位置、電纜布置、RI/O總線布置等做出合理的設計。在該改造工程中，由于現場環境的因素，無法對既有系統做出重新調整布局，因而無法杜絕干擾，但可以采取措施盡量減少干擾。

首先，在機柜內增加控制專用接地極(引自主機分散控制系統(DCS)，與電氣地隔離)，將機柜外殼和機架接入控制專用接地極;其次，在RI/O總線電纜上增設專用接地塊(60－0545－000)并可靠接入控制專用接地極。采取以上措施后再進行測試，雖然干擾依然存在，但干擾頻率已降至原來的一半左右。

4 結論

程設計時便做好電磁兼容性考慮，在安裝施工和使用維護時也要引起高度重視，多方配合才能有效解決問題，從而增強系統抗干擾性能。