摘 要：一大型泵站PLC控制系統(tǒng)近期發(fā)生一次較為特殊的故障，PLC系統(tǒng)給出的故障診斷信息未能直接指示故障點(diǎn)，導(dǎo)致故障處理過(guò)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(guān)鍵詞：EPS應(yīng)急電源；PLC故障診斷；電壓跌落時(shí)間

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

1 故障現(xiàn)象

該泵站PLC控制系統(tǒng)由5個(gè)機(jī)架構(gòu)成，一個(gè)主機(jī)架，4個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。系統(tǒng)配置如圖1所示。

2015年2月17日3點(diǎn)56分，主機(jī)架CPU停機(jī)，所控制水泵、閥門等設(shè)備全部停止運(yùn)行，造成大面積停供事故。

故障記錄提示，CPU停機(jī)的原因是1#從機(jī)架故障，系統(tǒng)內(nèi)又沒(méi)有下裝機(jī)架故障中斷處理模塊OB86，導(dǎo)致CPU停機(jī)響應(yīng)。重新啟動(dòng)CPU后，運(yùn)行正常不報(bào)故障?？紤]到該泵房的重要性，為避免事故再次發(fā)生，決定對(duì)可能造成1#從機(jī)架故障的因素進(jìn)行預(yù)防性消除。根據(jù)故障提示信息，對(duì)1#從機(jī)架與0#主機(jī)架之間的連接電纜和接頭進(jìn)行更換，更換0#主機(jī)架上的460和1#從機(jī)架上的461接口模板，更換從機(jī)架上的背板和PS407電源模板，檢查信號(hào)模塊，下裝機(jī)架故障中斷處理模塊OB86。上述措施實(shí)施完畢后，重新開(kāi)機(jī)投入運(yùn)行。

系統(tǒng)運(yùn)行到當(dāng)天9點(diǎn)16分，故障再次出現(xiàn)，系統(tǒng)所控制設(shè)備大面積停運(yùn)，因下載了機(jī)架故障中斷處理模塊OB86，CPU沒(méi)有停機(jī)，但1#從機(jī)架上控制的閥門組全部關(guān)閉，造成部分管網(wǎng)斷水。

如圖2所示，系統(tǒng)220伏交流電源引自EPS應(yīng)急電源，經(jīng)QS0開(kāi)關(guān)受電后，分配給5個(gè)機(jī)架的PS-407電源模板。查閱EPS的運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)有電源切換動(dòng)作，切換原因?yàn)槭须婋妷撼蓿緳C(jī)電壓超限設(shè)定值為±20%額定輸入電壓，判斷EPS應(yīng)急電源切換和PLC系統(tǒng)故障有相關(guān)聯(lián)系。隨后，為驗(yàn)證兩個(gè)事件的相關(guān)性，進(jìn)行EPS切換實(shí)驗(yàn)，斷掉EPS市電進(jìn)線電源，EPS自動(dòng)切換到逆變運(yùn)行狀態(tài)，切換過(guò)程中PLC各機(jī)架沒(méi)有明顯異常，但1#機(jī)架所控制閥門組等設(shè)備動(dòng)作關(guān)閉。查詢PLC診斷記錄，發(fā)現(xiàn)PLC報(bào)出與前兩次故障時(shí)相同的診斷信息，至此，驗(yàn)證了PLC故障是由EPS應(yīng)急電源切換引起的。

2 EPS的工作原理

EPS應(yīng)急電源采用單體逆變技術(shù)，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體，內(nèi)部設(shè)計(jì)了電池檢測(cè)、分路檢測(cè)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(dāng)市電正常時(shí)，由市電經(jīng)過(guò)互投裝置給負(fù)載供電，同時(shí)進(jìn)行市電檢測(cè)及蓄電池充電管理。當(dāng)市電供電中斷或市電電壓超限（±15%或±20%額定輸入電壓）時(shí)，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(fù)載供電。當(dāng)市電電壓恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS的控制中心發(fā)出信號(hào)對(duì)逆變器執(zhí)行自動(dòng)關(guān)機(jī)操作，同時(shí)還通過(guò)它的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)執(zhí)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生幾毫秒至幾百毫秒的斷電間隙，其斷電間隙長(zhǎng)短依不同產(chǎn)品而不同。

3 故障處理及原因分析

經(jīng)檢查動(dòng)力配電記錄，在EPS應(yīng)急電源這兩次切換的時(shí)間段，動(dòng)力電源并沒(méi)有10%以上的電壓波動(dòng)，因此判斷EPS應(yīng)急電源本身存在誤檢測(cè)或誤動(dòng)作故障，更換EPS控制單元后，故障沒(méi)有再次出現(xiàn)。故障雖然得到了解決，但故障的現(xiàn)象卻難以理解，即同樣在EPS切換間隔內(nèi)5個(gè)機(jī)架都有短暫失電過(guò)程，為什么只有1#機(jī)架報(bào)故障呢？

西門子S7-400系列PLC使用的PS-407電源模板其內(nèi)部整流部分有儲(chǔ)能電容，當(dāng)瞬間供電電壓跌落時(shí)，儲(chǔ)能電容釋放能量，短時(shí)間內(nèi)可能不導(dǎo)致PLC停機(jī)，如果EPS切換時(shí)間小于PLC的允許電壓跌落時(shí)間，則PLC不會(huì)停機(jī)。該系列PLC的允許電壓跌落時(shí)間指標(biāo)沒(méi)有明確的表述，但根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，西門子S7-414型號(hào)單機(jī)架的情況下，允許電壓跌落時(shí)間在100ms至280ms之間，這個(gè)時(shí)間與機(jī)架所帶負(fù)載直接相關(guān)，同一機(jī)架帶模板越多，維持時(shí)間就越短。EPS應(yīng)急電源產(chǎn)品手冊(cè)給出的切換時(shí)間指標(biāo)為<200ms，用示波器實(shí)測(cè)其切換時(shí)間約為117ms，回答為什么只有1#機(jī)架報(bào)故障的疑問(wèn)，可以考察各機(jī)架維持時(shí)間來(lái)解釋。這套PLC系統(tǒng)，1#機(jī)架所帶信號(hào)模板數(shù)量為13塊，遠(yuǎn)多于其他機(jī)架模板數(shù)量，所帶負(fù)載最多。因此，當(dāng)EPS應(yīng)急電源發(fā)生切換時(shí)，即帶負(fù)載較輕的機(jī)架的維持時(shí)間可能大于117ms，沒(méi)有掉電表現(xiàn)，而帶負(fù)載較重的1#機(jī)架維持時(shí)間短于117ms，導(dǎo)致在EPS切換間隙掉電報(bào)故障，這樣也解釋了PLC診斷信息沒(méi)有報(bào)系統(tǒng)掉電故障，而是報(bào)機(jī)架故障的原因。雖然PLC診斷信息沒(méi)有報(bào)出直接故障原因，但有其內(nèi)在邏輯上的合理性，不應(yīng)認(rèn)為誤報(bào)，這也提示在類似故障的處理中，應(yīng)綜合各方面可能性研判故障原因，避免走彎路。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次故障的分析，可以得出如下結(jié)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(diǎn)，信息的應(yīng)用應(yīng)進(jìn)行綜合研判；

（2）PLC的機(jī)架電源有一定的容許電壓跌落能力，工程應(yīng)用中可以適當(dāng)應(yīng)用，可以作為控制系統(tǒng)不間斷電源選擇配置的一個(gè)約束條件，即不間斷電源選擇配置切換時(shí)間指標(biāo)時(shí)只要滿足小于PLC系統(tǒng)容許電壓跌落時(shí)間即可，無(wú)需提出過(guò)于苛刻的要求；

（3）PLC系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮各機(jī)架間的負(fù)載平衡。

參考文獻(xiàn)

[1]武保同.數(shù)字EPS應(yīng)急系統(tǒng)若干技術(shù)的研究[D].吉林大學(xué)，2011.

[2]葉大鏞.PLC的通用故障診斷方法[J].鄂鋼科技，2014，2.

[3]王建國(guó).可編程序控制器系統(tǒng)的供電電源及接地部分的設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)，2001，5.

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