布袋清灰程序因“竞争”导致中断的分析解决

吴 斌，张 军，王亚群

（中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐 830019）

布袋清灰程序因“竞争”导致中断的分析解决

吴 斌，张 军，王亚群

（中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐 830019）

乌石化化肥厂电袋除尘装置由原来的静电除尘装置改造而来，为提高除尘效果，减少烟气排放，满足环保达标要求，2013年在四个高压静电除尘模式基础上，保留前三个静电除尘方式，第四电场改造为布袋除尘方式，每个高压柜都有一套独立的微机控制系统，布袋除尘的控制和整个系统的组网核心部件使用西门子 S7-200PLC，完成高压电场数据读取、布袋清灰和震打加热的控制、DCS 上位机的通信组态等功能。随着时间的推移，2017年年初清灰控制系统随机性出现传动电机停止在右限位处不自动返回现象，经发现并手动重启清灰程序后，方可恢复清灰程序的正常运行，后经查找发现了隐含在 PLC 内部软逻辑编程存在“竞争”缺陷。

电除尘；布袋除灰；时间继电器；存储位；扫描周期

1 问题的发生和提出

2015年1月以来，燃除车间一直反映布袋除尘清灰不定期出现了风箱走了一半即在右限位处风箱停止，延时6s后不左行返回，只有在人为手动启动程序时才能继续运行，这说明程序已经停止运行了。为查明原因，利用录波仪对左右限位外部接点监测，通过近3d的录波波形观察左右限位接点未发生异常，但程序在右限位时的中断现象依然偶发性出现。为了找到故障点，首先要对 PLC 程序逻辑作进一步分析，必要时对 PLC 内部存储位软逻辑接点状态进行监控，从程序停止前后的内部存储位变位情况分析判断，找出原因。

2 问题原因分析

电除尘3# 或4# 炉布袋除尘工段完整的清灰过程：首先在“定时”“定阻”“手动”三选一模式下启动清灰程序，风门挡板在 ＜10% 开度时满足清灰投运条件，清灰标志 M10.1被置位，软启动反吹风机，延时15s脉动电机开始启动运行，且启动右传动电机，风箱开始右行，延时1s后后开启风门挡板，气箱开始从左侧向右侧移动，右到位后风箱停止，清灰标志依然在置位“1”状态，延时6s后（12s后自复位），风箱自动开始左行，左到位后（程序的初始状态），程序会依次将反吹风机、风门挡板、脉动电机、传动电机等设备都被复位至初始状态，清灰标志被复位，一个完整的清灰过程结束，等待下一次触发。

导致 M10.1复位的逻辑条件如图1。

从图1可以看出，右限位本身与 M10.1没有直接逻辑联系，如果是外部接点清灰故障 M7.2（由软起反馈 I2.7 触发）和软起故障 I3.2 抖动所致，即一到右限位抖动就开始，那应属巧合，但从理论上不能完全排除这种ms级巧合的可能性。从监视截图中分析可以将 M11.2、M0.4、M7.0 排除在外（因为M11.2、M0.4、M7.0 在 M10.1 变位前后都没有变位），那就只剩下 M7.1、M7.2、I3.2。从 M7.1 逻辑关系图（见图 2）。

（I1.0：右传动 PLC 输入，T40：右传动输出时间继电器2S，M7.1：右传动故障）

图1 M10.1复位的逻辑条件

图2 M7.1逻辑关系图

从以上截图的逻辑关系静态分析得知，右传动故障动作变位的条件是：当 PLC 发出右传动输出 Q1.0后，在2s中时间内，如果 PLC 输入端没有接收到右传动运行信号（即右传动输入点 I1.0，由右传动接触器常开辅助接点接入）时，PLC 认为右传动回路出现故障，M7.1 变位，M10.1 被复位，清灰程序停止。

风箱右行 2s 后，从图 1 中 T40 接点是闭合的，I1.0 状态是打开的，中间如果没有人为干预（DCS手动停程序）的话，风箱会一直右行，直至右限位才能停止，但从图1中分析，就算到右限位后，风箱停止，但 M7.1不应该变位，程序应该继续运行至初始位置即左限位位置。

为找到故障点，必须要对 PLC 内部相关存储位进行监视，通过使用西门子 S7-200编程软件对 PLC 内部多个存储位状态进行监视，期间扑捉了两次非正常程序中断：2015年1月31日凌晨1：38；2015年2月3日19：29。从监视结果统计可以得出，两次非正常中断均在右限位到位时清灰标志 M10.1立即由“1”变位为“0”，证实了清灰程序中断的事实。同时 M0.4前后均为“1”状态，没有发生变位现象，同时排除了 DCS 控制室没有人为手动停程序的操作可能。

导致 M10.1 被复位复位的 6 个条件中，M7.1 可能性很大。

从M7.1变位逻辑图再结合左右传动的外部电路仔细分析可以发现：使右行接触器17KMR停止有两种情况，一种是通过PLC输出点Q1.0使17KMR失电，一种是右限位中间继电器常闭接点3KAWR使17KMR线圈释放，并且这两条回路是同时执行的，如果是PLC输出Q1.0动作在前，就不会发生M7.1变位情况（由图1分析便知，这里不再赘述），外部电路和PLC回路时间顺序计算分析如下：

由图1的逻辑关系可以计算出 T40动作变位顺序和时间T1：

一般外部继电器动作时间在40ms内，一个 PLC 扫描周期在0.5～100ms 周期内（依程序大小而定），根据 PLC 统一刷新输入输出存储位的工作特点可以得知，I3.2 和 I1.0 在 PLC 统一刷新输入存储位期间同时被刷新读入甚或 I1.0 比 I3.2 刷新输入得更早，那 M7.1将被复位为“0”。常闭接点打开往往比常开接点闭合时间要短，两个闭点打开时间等于或少于开点闭合时间是可能的。

从外部电路来说，程序设计者在设计时为确保右限位到位后可靠停止风箱以避免设备损坏，在传动电机回路里使用了两条回路来停传动电机，一条是 PLC 输出 Q1.0 或 Q0.7，一条是3KAWR 常闭接点或1KAWL 常闭接点，设计者设计初衷是想通过 PLC 来正常停传动电机，但为保护风箱和钢丝绳，在外部电路中利用限位中继3kAWR（1kAWL，2kAWL，4kAWR）接点作为风箱停机触发回路。

后又对 I2.7，I3.5 进行了监控，但并没有反映出与 M10.1之间的动作变位先后关系。

由于 PLC 存储位变位速度太快，人的肉眼无法分辨判断出存储位变位先后顺序，需要在程序中增加存储位进行锁定逻辑后进行监控。置位锁定关系如下：左传动故障 M7.0对应M3.0（S 置位），右传动故障 M7.1 对应 M3.1（S 置位），清灰故障 M7.2 对应 M3.2（S 置位），软起动故障 I3.5 对应 M3.3（S置位），程序修改后继续监控捕捉到的结果是左传动故障锁定位 M3.0 和右传动故障锁定位 M3.1 都被置位为“1”。清灰故障和软起故障对应的锁定存储位 M3.2 和 M3.3 没有置位（仍然保持为“0”状态），由此排除了使 M10.1清灰程序标志位复位其他可能性，确定外部电路停风箱和 PLC 停风箱之间存在“竞争”关系，即具有偶发性，这也与燃除车间反映故障的时有发生相吻合（“竞争”导致的结果具有偶然性）。由于左限位是清灰程序的初始位置，不管有没有 “竞争”故障，程序都要停止，而且程序 “竞争”故障时间段非常短（ms级别），在下次“定时”“定阻”“手动”其中之一的方式重新启动清灰程序时，M7.0 或 M7.1 状态早已变位为“0”，不会影响到清灰程序的下一次触发，所以燃除 DCS 操作人员也感觉不到“竞争”故障的存在。

3 问题的解决

为避免“竞争”的发生，在不损坏设备不影响设备的实时可靠动作的前提下，在 PLC 内部对 M10.1 复位进行处理，增加 0.5s（500ms）延时，即可实现程序误中断的发生，同时将清灰风机 M10.4 回路中的 M7.0 和 M7.1 用 T41 和 T42 代替，从而保证清灰风机的正常运行。

电除尘布袋除灰3# 炉和4# 炉清灰控制 PLC 程序分别于2015年3月26日和2015年3月30日修改更新完成，截止目前运行良好，没有发生过一起程序中断现象。

4 总结

从这次“竞争”故障检查分析判断过程中可以看出，对于PLC 故障查找需要借助编程软件对内部存储位状态进行监视，并结合外部电路才能找到问题的真正 “元凶”，必要的情况下，还需要通过修改程序对可疑点进行锁定，为原因分析提供判据。另外“竞争”属于电路“寄生”的问题，是在电路设计中次生出来的，而且非常隐蔽，这需要 PLC 程序设计人员在软逻辑编制过程中要充分考虑到逻辑关系的严谨性，在充分保证逻辑电路可靠的前提下才考虑进行电路的精简，防止类似“寄生”等电路问题的产生。

为保证梯形软逻辑图的原始形态，所有 PLC 内部逻辑截图均从 PLC 内部下载下来转化成 PDF 后进行图像截取的，没有作任何人为修改，由于 PLC 内部字符编码对汉字兼容性问题，故某些注释部分中的汉字字符存在乱码，但不会影响逻辑关系。

[1] 王阿根.西门子 S7-200 PLC 编程实例精解[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2] 李金城.PLC 模拟量与通信控制应用实践[M].北京：电子工业出版社，2011.

The Bag Cleaning Process Is Resolved by “Competition”

Wu Bin，Zhang Jun，Wang Ya-qun

In order to improve the dust removal effect and reduce the flue gas emission，meet the environmental compliance requirements.In 2013，on the basis of the four high-voltage electrostatic dust removal modes，the dust removal device of Wuhua Petrochemical Fertilizer Plant was reconstructed by the original electrostatic precipitator to retain the first three electrostatic dust，the fourth electric field transformation for the bag dust，each high-voltage cabinet has a set of independent computer control system，bag dust control and the entire system of the core components of the use of Siemens S7-200 PLC，to complete the high-voltage electric field data read，bag cleaning and shock control heating control，DCS host computer communication configuration and other functions.With the passage of time，the beginning of this year，the dust control system random transmission machine to stop at the right limit does not automatically return to the phenomenon，the man-made and manually restart the cleaning process，before resuming the normal operation of the cleaning process，after The search found hidden in the PLC internal soft logic programming there is a “competition” defect.

electrostatic precipitator；bag ash removal；time relay；storage bit；scan cycle

X701.2

B

1003-6490（2017）06-0115-02

2017-05-14

吴斌（1976—），男，新疆乌鲁木齐人，助理工程师，主要从事电气设备维护。