一起卸船机控制系统通信故障原因分析及处理

一起卸船机控制系统通信故障原因分析及处理

廖淼军  ,陈实  ,刘建利  

（广东惠州平海发电厂有限公司  广东惠州  516300）

摘要：卸船机作为沿海燃煤发电厂燃料系统的重要设备,其稳定的运行关系操作人员安全及火力发电厂供电可靠性。卸船机控制系统是一套复杂的工控自动化系统，设备运行时一直处于频繁启动、制动，正转、反转，加速、减速等过程，且因卸煤工况较差，难免出现设备疑难杂症。本文介绍桥式卸船机的PLC+变频控制系统通信故障导致整机瘫痪故障处理,这一故障过程的分析处理为类似故障分析提供借鉴。

关键词：卸船机、控制系统、PLC、通信故障

某日，某电厂燃料部运行人员使用1号卸船机卸煤操作过程，突然出现无故障跳停，立即通知继保人员进行检查。通过对整套控制系统检查，发现该故障是间歇性故障，这大大增加了故障的排查难度。

1、设备概况

广东某电厂2*1000MW机组在码头配置有2台额定效率1800T/h桥式抓斗卸船机，用于5万吨级～15万吨级海轮卸船作业。卸船机起升、开闭及小车牵引机构采用四卷筒机械差动形式，主机构（起升、开闭、小车和俯仰）的驱动电动机（鼠笼式交流变频电动机）选用 SIEMENS 公司 1PQ8 系列产品；变频调速器选用 ABB 公司 ACS800 多传动系列产品，可编程控制器（PLC）选用SIEMENS 公司 S7-400 系列与 ET200-M 系列分布式 I/O 产品，PLC主站CPU与从站之间以PROFIBUS-DP 总线通信，实时数据交换，全面控制和监测卸船机的工作状态，卸船机PLC通信结构图1所示。

图1 卸船机PLC通信结构图

2、事件概述

2021年4月份，1号卸船机在卸煤作业时多次出现急停故障，卸船机控制电源总空开跳闸，触摸屏报警记录为“急停按钮动作（右操作台）”，司机室右操作台PLC从站ET200M通信接口模块“SF”和“BF”故障灯亮。由于每次都是瞬时故障，复位司机室右操作台ET200M通信接口模块报警后，系统又能正常运行。但故障反复出现，严重影响了卸煤作业，检修人员根据故障现象，针对造成的急停故障的原因进行了分析和排查。

3、故障原因查找

司机室右操作台急停按钮常闭辅助触点接入PLC开入量模块，当右操作台通信接口模块故障时，PLC程序的急停开入量变为断开状态，触发保护逻辑跳开卸船机控制电源总开关。

3.1 对接线回路进行检查。检查右操作台PLC从站模块的所有端子接线，急停按钮未动作、辅助触点接线牢固，无接触不良现象。用绝缘摇表测量各回路的绝缘电阻，也均满足技术要求。检查通信模块DP连接器接线无松动，右操作台开入量和开出量模块与通信模块连接稳固。检查接线回路后，故障仍继续出现。

3.2 更换通信设备。更换司机室右操作台ET200M通信接口模块、PROFIBUS-DP连接器。司机室PLC从站与PLC主站之间使用光电转换器进行了通信信号的传输，为排除光设备原因，临时敷设一条PROFIBUS-DP通信电缆，将司机室右操作台的ET200M通信接口模块直接与主站CPU通信接口连接。

3.3 更换电源模块。西门子ET200M通信模块额定工作电压范围为DC20.4至28.8V之间，为检查是否由于电源波动造成通信模块告警，更换了24V电源模块，并使用便携式示波器，对24V电压及开出模块使用的220V电压进行了录波监视。但故障仍会出现，在故障发生时，24V电压和220V电压均未出现波动，排除了电源原因。

3.4 检查照明系统。1号卸船机在1年前曾出现过由于照明回路出现接地故障，导致料斗平台辅助PLC从站与PLC主站通信故障，为排查故障，对1号卸船机的全部照明回路进行绝缘测量，空气开关以下回路绝缘正常，绝缘值均大于10MΩ。在白天断开照明总空开电源后，故障仍会出现。

3.5 增加监视程序。在PLC程序块里面增加一段监视程序，记录故障发生的时间和次数，用于判断故障是否某个操作流程有关系（增加的程序段如下图2至5所示）。经过1个星期的记录，发现故障出现的频率和时间都不确定，而且在卸船机未工作时也出现故障跳闸的情况。

FC4:PLC11_Comm_Error_Check

Network 1:PLC11_Comm_Error_Counter

       A    "PLC11_scd10"      I81.0   --PLC11_communications_detection

       FP   "PLC11_PULSE"      M99.0  --PLC11_Com_detect_Pulse

       CU   "PLC11_COUNTER"   C100   --PLC11_Comm_Error_Counter

BLD   101

      A     "C100_Set"        M99.1

      L     "C100_PV"         MW100  --Preset_Comm_Error_Counter

      S     "PLC11_COUNTER"  C100     --PLC11_Comm_Error_counter

      A     "Manual_Reset"    M100.0   --Comm_Error_Counter_Reset

      R     "PLC11_COUNTER"  C100     --PLC 11_Comm_Error_counter

      L     "PLC11_COUNTER"  C100     --PLC 11_Comm_Error_counter

      T     "Actual_Counter"   MW101  --Acutal_Comm_Error_Counter

      NOP   0

      NOP   0

network1: I81.0 为右联动台电源信号，正常情况一直导通，如果中途出现网络中断，则I81.0会从ON->OFF->ON，当I81.0从OFF->ON变化时，计数器C100将记一次数，C100中的数值加1；MW100寄存器预设了C100计数器的最大累计值，实际的累加值存储在MW101中，通过观察MW101中的数值可直观看出来，右联动台出现过几次网络中断；M100.0寄存器用于手动复位C100计数器，方便下次计数。

Network2：Record 1st Error Time

      A     "PLC11_PULSE"         M99.0       --PLC11_Com_detect_Pulse

      A(   

      L     "Actual_Counter"        MW101      --Acutal_Comm_Error_Counter

      L     1

      ==I  

      )    

      JNB   _001

      CALL  "READ_CLK"              SFC1      --Read System Clock

       RET_VAL:=MW104

       CDT    :=DB99.TIME1          P#DB99.DBX0.0

_001: NOP   0

network 2 用于记录当出现通讯故障时，记录故障发生时的PLC时钟；M99.0为故障发生时的脉冲信号，记录的时间存储在DB99中的time1-time4中，方便查阅。

3.6 更换模块。由于公司库存无PLC开关量输入、输出模块备件，计划通过模块对调法，进行故障排除，将右操作台全部的开关量输入、输出模块与左操作台对调。经过1天的运行，司机室左操作台出现故障报警，检查左操作台ET200M通信接口模块“SF”和“BF”故障灯亮，据此判断从右操作对调过来的的开关输入、输出模块存在故障，排除了右操作台ET200M通信接口模块故障的问题。为找出故障模块，继续采用对调法，逐个调换左、右操作台的开关量输入输出模块，并记录报警出现的位置。经过3天的排查，终于找出了故障模块，是右操作台8号DI模块，并立即采购备件进来了更换。更换后，1号卸船机完成了多艘煤船的卸煤作业，PLC系统和司机室右操作台的模块运行正常，未再发生急停故障。

4 故障原因分析

司机室右操作台站8号DI模块出现间歇性故障，且故障时产生了干扰信号，通过PLC模块连接器，引起ET200M通信接口模块死机，导致与主站通信中断。右操作台安装有急停事故按钮（常闭点），当通信中断后，PLC主站检测到右操作台急停事故按钮动作（常闭点打开），PLC逻辑保护动作跳开低压室主电源开关，造成1号卸船机紧急停机故障。

1号卸船机从2010年投产至今已运行11年，PLC模块内部元器件出现了老化，且码头作业区域环境恶劣，粉尘多、空气湿度和盐分大，这些问题进一步缩短电子元器件的寿命。为防止同批次投入运行的其他模块也存在出现相同故障，此次故障处理时，已经更换了1号卸船机右操作台PLC从站的所有模块。

5 结论

卸船机设备的状态好坏关系着燃煤机组的生产效率和经济效益，然而，随着设备长周期连续运行，不可避免地会出现设备元器件老化、损坏等问题。因此，需加强对卸煤设备寿命周期的管理。

总结卸船机故障处理方法，可加快故障排除的速度。如换件对比法：当我们不敢确定某个部件是否有故障时，而现场具备条件允许拆除其他部位同一型号的部件，可将怀疑有故障的元器件换到其他部位上，判断问题出哪一部分。

电气设备寿命管理和故障处理工作的重要性不言而喻，电气设备的故障往往千变万化，我们在实际工作中既会遇到许多常见的故障，也会遇到一些疑难故障，对此，我们应保持高度的责任心和严谨的工作态度，确保各项工作的顺利进行。

参考文献：

1、黄晨君;桥式抓斗卸船机电气控制系统的研究[D];武汉理工大学;2007年

2、刘盈;桥式抓斗卸船机自动控制系统研究[D];浙江大学;2008年

作者简介：

廖淼军（1984），男，广东梅州人，中级工程师，本科学历，长期从事电力继保专业调试、、维护、技术研究工作。