一次特殊PLC故障的分析處理

摘 要：一大型泵站PLC控制系統近期發生一次較為特殊的故障，PLC系統給出的故障診斷信息未能直接指示故障點，導致故障處理過程失誤，文章分析了診斷失真的原因，供處理類似故障工作作為參考。

關鍵詞：EPS應急電源；PLC故障診斷；電壓跌落時間

PLC控制系統的故障處理在很大程度上依賴于其系統自帶的診斷信息，近期一大型泵站PLC控制系統發生了一次較為特殊的故障，供電電壓跌落導致的故障PLC系統給出的故障診斷信息卻是機架故障，未能直接指示故障點，導致故障處理過程失誤，文章分析了診斷失真的原因，提出了對診斷信息綜合研判的觀點供處理類似故障工作作為參考。

1 故障現象

該泵站PLC控制系統由5個機架構成，一個主機架，4個擴展機架。系統配置如圖1所示。

2015年2月17日3點56分，主機架CPU停機，所控制水泵、閥門等設備全部停止運行，造成大面積停供事故。

故障記錄提示，CPU停機的原因是1#從機架故障，系統內又沒有下裝機架故障中斷處理模塊OB86，導致CPU停機響應。重新啟動CPU后，運行正常不報故障。考慮到該泵房的重要性，為避免事故再次發生，決定對可能造成1#從機架故障的因素進行預防性消除。根據故障提示信息，對1#從機架與0#主機架之間的連接電纜和接頭進行更換，更換0#主機架上的460和1#從機架上的461接口模板，更換從機架上的背板和PS407電源模板，檢查信號模塊，下裝機架故障中斷處理模塊OB86。上述措施實施完畢后，重新開機投入運行。

系統運行到當天9點16分，故障再次出現，系統所控制設備大面積停運，因下載了機架故障中斷處理模塊OB86，CPU沒有停機，但1#從機架上控制的閥門組全部關閉，造成部分管網斷水。

如圖2所示，系統220伏交流電源引自EPS應急電源，經QS0開關受電后，分配給5個機架的PS-407電源模板。查閱EPS的運行記錄，發現故障發生的對應時間點有電源切換動作，切換原因為市電電壓超限，本機電壓超限設定值為±20%額定輸入電壓，判斷EPS應急電源切換和PLC系統故障有相關聯系。隨后，為驗證兩個事件的相關性，進行EPS切換實驗，斷掉EPS市電進線電源，EPS自動切換到逆變運行狀態，切換過程中PLC各機架沒有明顯異常，但1#機架所控制閥門組等設備動作關閉。查詢PLC診斷記錄，發現PLC報出與前兩次故障時相同的診斷信息，至此，驗證了PLC故障是由EPS應急電源切換引起的。

2 EPS的工作原理

EPS應急電源采用單體逆變技術，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體，內部設計了電池檢測、分路檢測回路，其主要部件的工作原理框圖如圖3所示。

如原理框圖所示，當市電正常時，由市電經過互投裝置給負載供電，同時進行市電檢測及蓄電池充電管理。當市電供電中斷或市電電壓超限（±15%或±20%額定輸入電壓）時，互投裝置將立即投切至逆變器供電，在電池組所提供的直流能源的支持下向負載供電。當市電電壓恢復正常工作時，EPS的控制中心發出信號對逆變器執行自動關機操作，同時還通過它的轉換開關執行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。EPS在供電回路切換過程中會產生幾毫秒至幾百毫秒的斷電間隙，其斷電間隙長短依不同產品而不同。

3 故障處理及原因分析

經檢查動力配電記錄，在EPS應急電源這兩次切換的時間段，動力電源并沒有10%以上的電壓波動，因此判斷EPS應急電源本身存在誤檢測或誤動作故障，更換EPS控制單元后，故障沒有再次出現。故障雖然得到了解決，但故障的現象卻難以理解，即同樣在EPS切換間隔內5個機架都有短暫失電過程，為什么只有1#機架報故障呢？

西門子S7-400系列PLC使用的PS-407電源模板其內部整流部分有儲能電容，當瞬間供電電壓跌落時，儲能電容釋放能量，短時間內可能不導致PLC停機，如果EPS切換時間小于PLC的允許電壓跌落時間，則PLC不會停機。該系列PLC的允許電壓跌落時間指標沒有明確的表述，但根據工作經驗，西門子S7-414型號單機架的情況下，允許電壓跌落時間在100ms至280ms之間，這個時間與機架所帶負載直接相關，同一機架帶模板越多，維持時間就越短。EPS應急電源產品手冊給出的切換時間指標為<200ms，用示波器實測其切換時間約為117ms，回答為什么只有1#機架報故障的疑問，可以考察各機架維持時間來解釋。這套PLC系統，1#機架所帶信號模板數量為13塊，遠多于其他機架模板數量，所帶負載最多。因此，當EPS應急電源發生切換時，即帶負載較輕的機架的維持時間可能大于117ms，沒有掉電表現，而帶負載較重的1#機架維持時間短于117ms，導致在EPS切換間隙掉電報故障，這樣也解釋了PLC診斷信息沒有報系統掉電故障，而是報機架故障的原因。雖然PLC診斷信息沒有報出直接故障原因，但有其內在邏輯上的合理性，不應認為誤報，這也提示在類似故障的處理中，應綜合各方面可能性研判故障原因，避免走彎路。

4 結束語

通過本次故障的分析，可以得出如下結論：

（1）PLC故障診斷信息在一些特殊情況下并不一定能夠直接定位故障點，信息的應用應進行綜合研判；

（2）PLC的機架電源有一定的容許電壓跌落能力，工程應用中可以適當應用，可以作為控制系統不間斷電源選擇配置的一個約束條件，即不間斷電源選擇配置切換時間指標時只要滿足小于PLC系統容許電壓跌落時間即可，無需提出過于苛刻的要求；

（3）PLC系統在設計時，應考慮各機架間的負載平衡。

參考文獻

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[2]葉大鏞.PLC的通用故障診斷方法[J].鄂鋼科技，2014，2.

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作者簡介：梁友輝（1973-），男，工程師，主要從事自動化儀器儀表方面的研究。