某项目DCS与ACC系统通讯跳跃故障处理方案研究

陈亮亮 吴斯鹏 王高尚

关键词：通讯干扰;自动燃烧控制系统;通讯串联网络

0引言

浙江省某县级市Y市的垃圾焚烧发电厂规模为4台750t/，垃圾焚烧炉，日处理Y市周边生活垃圾3000t;此电厂中控系统配置艾默生DCS系统，垃圾焚烧炉排配套使用上海康恒公司及日立造船公司提供的行动式高压损炉排，每台焚烧系统的控制系统配置西门子S7-300PLC系统，同时设置4组通讯卡件DP-Coupler分别与DCS控制系统进行Profibus-DP通讯。在PLC与DCS通讯过程当中，发现通讯信号会经常出现信号跳跃波动，造成DCS接收的信号不稳定，严重影响了炉排的操作和画面的稳定性。本文对此项目通讯信号跳跃现象进行分析和研究，为后续与DCS厂商的通讯配合提供有效的参考方案。

1背景

此项目DCS通讯卡件配置方案为使用串联连接通讯（即通过一根DP电缆进行多串口连接各个系统），相应DP通讯卡件对应串联连接的系统分别为燃烧器系统、激波吹灰器系统、自动燃烧控制系统（ACC）、蒸汽吹灰器系统、输灰输渣系统等5个独立系统。其中ACC系统设置2套PLC的CPU（系统内CPU之间进行通讯）：A组CPU连接ACC系统的主控机，主要用于内部ACC工艺数据运行与计算;B组CPU用于炉排逻辑位控制，接受A组CPU的运算结果，并带动4个DP-Coupler与DCS进行通讯，接受DC采集的相关工艺参数以及发出自动燃烧控制系统对于风门及阀门的控制命令，包括信号采集交互。另外此项目DCS系统、ACC系统和电气系统共同连接一个接地大网络。

2故障典型特征

DCS系统与ACC系统通过匹配相关设备以及设置相关参数，成功建立通讯（在DCS及PLC通讯模块均显示正常，无任何错误代码及错误指示）。ACC系统的PLC侧送至DCS的数据包经过解码，发现实际数据交换时，开关量信号的高电平会间断性且无规律变为低电平，但低电平信号不会跳变为高电平，跳变保持时间不定;模拟量信号直接会出现中断为0的情况;这种不规律性传输信号中断、跳跃，如图1所示，造成相关设备运行联锁信号中断、跳跃，从而使焚烧系统设备运行中断，严重影响电厂正常运行。

信号中断、跳跃时查看DCS系统及ACC系统PLC的运行状态，均无故障及错误指示出现，且双方通讯正常。此情况不定期出现，无法有效预防。3故障原因分析

针对通讯传输信号不定期无规则中断、跳跃事件，立即组织热控技术人员、DCS工程师、ACC系统工程师就此问题进行分析，结合该项目自动燃烧控制系统配置情况（图2）以及现场配置情况分析，经讨论列出以下内容：（1）DCS及PLC通讯配置问题;（2）DP通讯串接5个系统问题;（3）接地网络干扰问题;（4）PLC通讯模块DP-Coupler通讯数据较长，接近通讯字最大长度;（5）通讯电缆敷设路径受到电气干扰问题等。总之此类通讯问题分析应按照由易至难、由简至繁的相关原则进行，进行多方位尝试，避免放掉任何一个有可能引起故障的细节。

4存在问题及解决方案

（1）DCS系统及PLC系统通讯配置问题

由于通讯建立正常，仅为信号中断、跳跃问题，因此首先检查DCS及PLC相关通讯参数配置问题，根据相关配置以及以往项目案例检查，通讯配置无误;不同的是，该项目ACC配置的通讯模块DP-Coupler通讯字长为255字（最大通讯字长为256字），怀疑通讯字长过长，因此重新配置DCS及PLC通讯字长，减少为30字;并根据情况更换DCS系统的DP通讯卡件;双方变更之后进行测试，发现通讯依然存在相关问题，并无改善。

（2）DP通讯串接5个系统问题

该项目DCS系统的DP通讯卡件设置为一个DP端口通过一根DP电缆串接燃烧器系统、激波吹灰器系统、自动燃烧控制系统、蒸汽吹灰器系统、输灰输渣系统等5个独立系统。检查确认该DP串接中其他4个系统通讯正常，且自动燃烧控制系统（ACC）配置在第2位置（属于中间位置），排除DP串接是引起相关信号中断、跳跃的因素。

（3）接地网络干扰问题

由于相关设计，DCS系统、ACC系统和电气系统共用一个接地大网络，但是实际检测发现DCS端接地网络良好，且与其他系统通讯正常。因此检查自动燃烧控制系统侧相关接地，由于附件电气设备较多，因此根据判断将ACC系统的至大接地网络的接地线切断，直接设置单独接地线及接地装置（接地电阻满足要求），并将DP电缆两端DP接头的屏蔽层检查整改，满足接头屏蔽要求;经整改后进行测试，通讯依然存在相关问题，并无改善。

（4）通讯电缆敷设路径受到电气干扰问题

DCS系统与ACC系统通讯DP电缆敷设路径存在很多电气电缆，且沿途有多处运转的电气设备，由于DP通讯串接5个系统中4个系统均正常，且自动燃烧控制系统处于中间位，因此该情况也可初步排除，但为了一步步检查解决问题，单独从DCS通讯口临时设置DP双绞线电缆以及光纤，分别进行测试，通讯依然存在相关问题，并无改善。

根据通讯存在的中断、跳跃相关问题，进行了逐项检查确认，并未得到任何改善。因此再次检查相关DCS及PLC配置情况：DCS系统通讯配置各个系统的PLC，并进行分配相关Profibus-DP通讯地址，查看此项目ACC系统通讯地址，设备站地址分别为9～12，查看以往项目案例通讯DP站址较大，故此将本项目DP通讯站址设置按照站址20～23进行配置（DCS及自动燃烧控制系统PLC配置均按照20～23进行对应配置），进行检测观察发现传输信号中断、跳跃问题解除，并持续跟踪2h，再未出现相关问题，通讯数据正常。反观DCS系统相关通讯以及以往项目经验，建议DP地址0～10一般作为主站或其他使用，从站地址从10之后开始（如无特殊要求）。

5运行效果

自DCS系统与ACC系统解决通讯问题后，相关数据传输正常，无任何波动出现;ACC系统投入稳定，其控制下的各个焚烧设备控制正常，运行稳定，确保了垃圾焚烧电厂4炉2机的顺利运行，至此標志着Y市垃圾焚烧发电厂建成投产。

图3所示为稳定运行后相关数据参数并未出现信号中断、跳跃的情况。

6结束语

本文通过对该项目通讯信号跳跃故障的分析及问题解决，为后续PLC与艾默生DCS通讯提供了一个有效的参考方案，与艾默生DCS通讯配置站址时，根据艾默生通讯卡件的特点，建议配置站址大于20，这样更有利于通讯稳定，并且通讯电缆不应与动力电缆同桥架敷设，以避免信号干扰。

针对此类型问题，本文建议在与DCS厂商通讯配合的时候，应该先行与DCS厂商沟通确认其通讯卡件的特点，提前确认是否有特殊通讯要求，以避免发生类似问题而影响工程进度。