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智能3351壓力變送器模擬量故障保護功能的設(shè)計和介紹來源:上海自動化儀表有限公司作者:上海上儀
對上儀智能型3351壓力變送器進行介紹,然后結(jié)合加熱爐系統(tǒng)誤停車現(xiàn)象,對控制系統(tǒng)中引起誤停車的模擬量斷路/短路故障保護策略進行詳細(xì)分析,非常后提出并設(shè)計實現(xiàn)了控制回路、聯(lián)鎖變量在出現(xiàn)故障時的對應(yīng)保護措施,可以為工業(yè)生產(chǎn)中其他類似項目提供參考。 2.1.1診斷中斷 AI模塊331-7KF02-0AB0診斷中斷功能可以檢測內(nèi)部故障,包括硬件故障(如EPROM故障、RAM故障及內(nèi)部電源故障等)和軟件故障(如模塊參數(shù)錯誤、通道組態(tài)錯誤等),還可以檢測外部故障(如外部輔助電源丟失、缺少前連接器及斷路等)。在圖2中勾選組診斷,可啟用斷路監(jiān)視和相應(yīng)的診斷信息。需要注意的是,如果組態(tài)為電壓型傳感器時,只有±80mV和±250mV的電壓信號才可以進行斷路監(jiān)視;如果組態(tài)為四線制電流傳感器時,只有4~20mA的電流信號才可以進行斷路監(jiān)視。 當(dāng)模塊檢測到錯誤或是消除錯誤時,CPU操作系統(tǒng)會調(diào)用組織塊OB82,在OB82中包含基本的診斷信息,可以提供錯誤發(fā)生的時間、錯誤所在模塊信息等。如果想進一步評估診斷模塊的數(shù)據(jù),可以通過調(diào)用SFC51、SFC59等系統(tǒng)函數(shù)來獲得更具體的通道診斷信息。 2.1.2超出限制時硬件中斷 AI模塊331-7KF02-0AB0具有可以觸發(fā)硬件中斷的功能。如圖2所示,如果激活超出限制時硬件中斷,則會在超出或低于限定值時,調(diào)用硬件中斷組織塊OB40。在OB40的用戶程序中,可以編寫系統(tǒng)對硬件中斷進行響應(yīng)的程序。OB40的臨時變量OB40_MDL_ADDR存放中斷模塊的地址,OB40_POINT_ADDR可以讀取中斷模塊產(chǎn)生的中斷狀態(tài)。如果沒有硬件中斷產(chǎn)生,中斷模塊地址OB40_MDL_ADDR為0;當(dāng)存在硬件中斷時,中斷模塊地址OB40_MDL_ADDR顯示該模塊的起始地址。 需要注意的是,只有通道0和通道2具有硬件中斷功能,其他通道的輸入都不能觸發(fā)硬件中斷。因此,采用硬件診斷判斷331-7KF02-0AB0卡件斷路/短路存在一定的限制,而采用其他功能更為強大的全通道診斷卡件則會帶來成本的上升。 2.2控制器內(nèi)部數(shù)值分析 SIEMENSS7-300PLC處理模擬量的方式為將現(xiàn)場儀表傳送過來的4~20mA信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的0~27648之間的系統(tǒng)字。如果現(xiàn)場儀表或線路出現(xiàn)斷路/短路故障,則電流范圍不再是4~20mA,轉(zhuǎn)換的數(shù)字量也就不再對應(yīng)0~27648,利用CPU的這個內(nèi)部數(shù)值特性,對模擬量故障保護進行分析。 壓力變送器中的模擬量輸入為二線制和四線制儀表,接線方式如圖3所示。二線制是相對于四線制(兩根供電線路、兩根通信線路)來說的,將供電線纜與信號線纜合二為一,兩根線纜實現(xiàn)通信兼供電功能。從標(biāo)準(zhǔn)意義來說,對于二線制儀表,AI模塊能接收到4~20mA的電流信號,如果線路斷路則AI模塊接收到的電流為0mA,如果線路短路則AI模塊接收到的電流大于20mA;對于四線制儀表,無論信號斷路還是短路,AI模塊接收到的電流均為0mA。 4~20mA電流測量范圍內(nèi)的模擬值見表1。對于電流型儀表,當(dāng)輸入電流大于20.0000mA小于等于22.8100mA(對應(yīng)系統(tǒng)字32511)時處于過沖范圍,當(dāng)輸入電流大于22.8100mA小于等于22.9600mA(對應(yīng)系統(tǒng)字32767)時處于上溢范圍,非常大系統(tǒng)字為32767;當(dāng)輸入電流小于4.0000mA大于等于1.1850mA(對應(yīng)系統(tǒng)字-4864)時處于下沖范圍,當(dāng)輸入電流小于1.1850mA大于等于0.0000mA(對應(yīng)系統(tǒng)字-32768)時處于下溢范圍,非常大系統(tǒng)字為-32768。 2.3故障保護策略的選擇 通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),壓力變送器中的AI模塊自身具有一定的診斷中斷功能,斷路診斷是其中的一部分。但該功能存在如下缺點:對模擬量斷路故障保護來說,每設(shè)計一個新的工程,都需要進行新的硬件組態(tài),并且需要多個組織塊程序的編寫,步驟繁瑣且易出錯;對模擬量短路故障保護來說,超出限制時硬件中斷功能只適用于 1個通道,即通道0或通道2,功能不完善,不宜選。 用。而利用SIEMENSS7-300PLC內(nèi)部數(shù)值的特點,可以采用相對簡單的編程設(shè)計實現(xiàn)斷路/短路故障處理,且具有較強的可移植性。 3故障保護功能設(shè)計 根據(jù)表2中系統(tǒng)字的特點和現(xiàn)場驗證,模擬量斷路/短路故障的檢測方法是判斷系統(tǒng)字是否等于-32768或32767,若等于,則系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的報警和保護動作。筆者主要從控制回路、聯(lián)鎖變量和上位實現(xiàn)3個方面進行故障保護功能的設(shè)計。 3.1控制回路的故障保護 正常運行的壓力變送器,各個控制回路通常都處于PID自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。當(dāng)現(xiàn)場傳送至AI模塊的儀表信號出現(xiàn)斷路/短路故障時,CPU接收的實測值(控制回路PV值)可能為0或滿量程,不能真實地反映現(xiàn)場工藝參數(shù)。由于控制回路處于自動控制狀態(tài),此時現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的閥門開度(控制回路MV值)會一直減小或增大,直至非常終達到程序限定值,從而導(dǎo)致PID調(diào)節(jié)失控。此種情況易引發(fā)其他工藝參數(shù)產(chǎn)生變化,使加熱爐工作狀態(tài)不穩(wěn)定而導(dǎo)致聯(lián)鎖停車,甚至可能發(fā)生爆燃事件造成不必要的經(jīng)濟損失。因此當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到變量PV值對應(yīng)的線路出現(xiàn)斷路/短路故障時,應(yīng)在第一時間將控制回路切換為手動控制方式,避免引起現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)大范圍波動,維持當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài),保持工藝參數(shù)的穩(wěn)定。表3給出了壓力變送器負(fù)荷調(diào)節(jié)相關(guān)回路在執(zhí)行斷路/短路故障保護功能前后的控制狀態(tài)。 用戶程序中,以介質(zhì)出口溫度控制回路為例,首先對介質(zhì)出口溫度的斷路/短路故障進行檢測,如果出口溫度回路故障指示M34.0變?yōu)?,則將M34.0送至手/自動切換SR觸發(fā)器,使控制回路在第一時間切為手動控制狀態(tài),如圖4所示。
3.3上位實現(xiàn)的故障保護 當(dāng)模擬量出現(xiàn)斷路/短路故障時,應(yīng)在上位機或觸摸屏等人機界面上進行相應(yīng)級別的報警,提醒操作人員關(guān)注參數(shù)變化,調(diào)整工藝參數(shù),保障生產(chǎn)進行,以防誤停車事件發(fā)生。 在壓力變送器中,有的變量參與控制調(diào)節(jié),有的變量參與聯(lián)鎖停車,有的變量僅用于報警或顯示。模擬量在控制系統(tǒng)中所起的作用不同,發(fā)生故障時所采取的措施也就不同。因此,當(dāng)發(fā)生斷路/短路故障時,對參與控制調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖停車的模擬量,進行聯(lián)鎖停車級別的聲光報警,對僅用于報警和監(jiān)控的模擬量,進行普通報警級別的聲光報警即可。 由于模擬量斷路/短路故障的特殊性,不屬于工藝參數(shù)的實際變化,所以在進行報警提醒時,也需要用特殊的報警聲音進行區(qū)分,比如可以通過第三方軟件編輯成音頻“模擬量斷路/短路報警,請檢修!”等,并在畫面報警區(qū)域進行醒目的顯示,以便和實際工藝參數(shù)變化的模擬量報警區(qū)分開來。 |