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浅谈炸药生产线中应用在PLC 中的变送器的故障分析

作时间:2016-07-09  来源:福建省民爆化工股份有限公司红炭山化工厂  作者:
   

摘要:变送器在工业生产中是将变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。通过变送器能够更直观,更便捷的了解生产过程中重要工序的实时数据。对进一步实现炸药生产的自动化、无人化生产起着重要的作用。

1 温度变送器原理
       变送器的种类非常多,在炸药生产线中用的较多的是一体化温度变送器。温度变送器较同类的温度仪表有精度高;量程、零点外部连续可调;稳定性能好;无机械可动部件、维修量少;全系列统一结构、互换性强等特点。江山乳化炸药生产一车间使用的大多为热电阻一体温度变送器。热电阻一体温度变送器是有基准单元、R/V 转换单元、线性电路、反馈保护、限流保护、V/I 转换单元等组成测温热电阻信号转换放大后,再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿,径V/I 转换电路后输出一个与被测温度呈现新关系的4~20mA 恒流信号。

热敏电阻是一种利用半导体制成敏感元件,其特点是电阻率随温度而显著变化。热敏电阻因其电阻温度系数大,灵敏高;热惯性小,反应速度快;体积小,架构简单;使用方便寿命长,易于实现远距离测量等特点得到广泛应用。热敏电阻的阻值与温度之间的关系可以用下式表示:

QQ截图20160709110536.jpg
式中Rt 为温度为t 时的电阻值;Ro 为温度to 为时的电阻值;B 为常数,由材料、工艺及结构决定。热点性曲线如图1所示:

QQ截图20160709110615.jpg

变送器将物理测量信号或普通电信号通过热电阻传感器转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备(例如PLC)。温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表,主要用于工业过程温度参数的测量和控制。电流变送器是将被测赎回路交流电流转换成恒流标准信号,连续输送到接收装置。

热电阻一体温度变送器的测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

2 温度变送器在PLC 中的应用
江山乳化炸药生产一车间炸药生产线中的温度变送器采用集信号传输和电源供给为一体的二线制接线。输出电流为4~20mA DC。温度变送器从现场传输电流信号至PLC 的AI/O 拓展模块(西门子PLC 拓展模块可将接收的电信号转化为数字信号),经过STEP7 中得程序进行一系列的换算。经过换算后的数据经西门子wincc 组态界面展现在中控室的主控机上。中控室人员能够在第一时间掌握现场各个工序温度变化情况而不需进入车间。

首先PLC 接收到电流信号,经过处理得出字,由字再转化成整数,整型转化成双整型,双整数转化为浮点数。实际变送器的量程为0~150℃对应数据中的0~27648 (由于考虑到特殊情况模拟量输入可能会超过选择的量程,因此在量程的上、下限-100%~100%之外设置了18.5%的裕量。)对应。这样在现场温度变送器测量的数据对应过来都会有一个十进制数值与之对应。这也是在PLC 中常用的量程换算方式。

3 温度变送器的故障分析
热电阻一体化温度变送器由于内部单元复杂,并且在江山乳化炸药生产一车间炸药生产线中与PLC 进行通讯,在遇到变送器故障时应按照从头至尾的方法进行故障分析排查。

3.1 温度变送器不显示数值
3.1.1 组态显示数值
①原因分析:根据PLC 与变送器的通讯关系可判断,若组态能够显示正确温度变量则温度变送器在传输变量参数
至PLC 时测量的实际温度是正确的。则现场的变送器的热电阻完好,测量单元正常(如图2 所示),接线正常,PLC 接收数据正常。则有可能是显示单元故障。
②解决办法:更换显示单元。

 

温度变送器内部结构



3.2 变送器显示数值,组态不显示数值
对于温度变送器正常显示,而组态不显示的情况,可以排除温度变送器自身问题,那么排除温度变送器故障之后必须依照“从头至尾”的故障分析方法从接线开始排查。检查步骤:

①现场传感器的接线是否正确。传感器使用的是24VDC,需检查正负极接法是否正确。另外要检查绝缘线是否完好。(对于24V DC 的电源输出,在传输过程中很容易受到外来干扰信号的影响,导致干扰信号进入内层导体干扰并降低传输信号。所以在工程初期布线就已经将强电弱电的线槽区分开了,但为了保险起见很多弱电信号输出线还是会使用带屏蔽功能的铜线。)

②若接线无问题,应先查找PLC 和主控机的IP 进行PING 值测试。此测试是为了检测PLC 与主控机之间的传输是否异常。若PLC 与中控室主控机连接异常,应马上检查自中控室到现场配电室中配电柜的网线是否连接完好,配电室中的交换机是否正常工作。注:此检测方法在遇到wincc 组态界面出现一片数据灰色并且无实时传输时同样可用。

③若通讯完好,下一步需要对PLC 的接口进行检测,PLC 的AI/O 接口异常也是常见现象。可以尝试使用一个空白的AI/O 接口,使用空白端子之前需对程序的读取的原端子数据地址进行修改。如图三所示,原程序中以piw272 作为基质泵温度参数读取的数据地址,首先找到在PLC 的拓展AI/O 端子模块中找到一个空白端子在step7 中搜索使用过的端子避免重复。找好空白端子,对如四中的PIW272 修改(如图四所示)成PIW414。此后应对现场到PLC 段的接线进行修改,找到配电房中的配电柜,找到PIW272 对应的端子将进线改到PIW414 对应的端子。以上步奏完毕后打开Wincc 查看中控室的基质泵温度是否恢复正常。若恢复正常则证明PLC 中的AI/O 拓展模块中的AI2.0 端口损坏。

QQ截图20160709111253.jpgQQ截图20160709111302.jpg


④若问题依然存在,则进一步对西门子组态Wincc (windows control center———视窗控制中心是西门子控制系统中的人机界面组件,在此组件中可以自行编辑所有生产过程中所需的参数显示,设备控制以及异常报警)进行排查。在Wincc 和STEP7 建立的连接中,所有PLC 收集到的数据都可以经过程序进行编译,修改和换算。而这些经过处理之后的数据都由Wincc 这个组态平台最终展现在Wincc 界面中。此间Wincc 需要PLC 供所有的数据参考,这就是Wincc 和step7 之间建立的通讯。

打开wincc 在图形编辑界面找到基质泵温度显示块。找到其所使用的PLC 内部数据块DB2 中的DBD8,此数据块地址存储的数据即为基质泵温度。在程序中查找DB2.DBD8 进行运行测试,以推测是否是数据块存储发生错误。若数据异常,参照C 中修改方式进行硬件和软件同时修改数据块地址的做法。(如图5)

 QQ截图20160709111345.jpg

3.3 测量温度与实际温度有误差(超过10%)
在实际生产中温度变送器会出现与实际温度有误差的情况。此情况下可通过step7 对程序进行微量调整。如上所说,在温度变送器的量程范围(0℃~150℃)与PLC 内部数据(0~27648)相对应。若知道实际温度与误差温度即可计算出偏差量进行微量调整。公式如下:

QQ截图20160709111408.jpg

接着对程序最大量程修改为TMax ,即可让温度回复正常数值。
注:此方法仅在程序上对温度变送器的范围值进行修改,并不能代替硬件故障的修复。若故障原因为热电阻老化等因素不可用此方法解决。

3.4 其他故障分析
在我厂的江山乳化炸药生产一车间炸药生产线中出现制药工房的油相储罐温度变送器在生产前准备工作时发现温度变送器的显示单元和中控室wincc 组态界面有数据却没有实时传输的现象。原因是由于在车间生产前油相储罐留有残料,若当天没有及时使用或者清理,油相罐内的油料会凝固从而使温度计不能通过热电阻测量出新的油料的实际温度。

解决办法:在生产前做好充分的储料罐保温工作确保储料罐内没有凝固状物体影响温度变送器的测量。

4 结束语
一体化热电阻温度变送器是热点式温度传感器与变送器的完美结合,实现对温度的精确测量和控制。在炸药生产行业的运用更是使其具备自动化、无人化、信息化的功能。然而去年来我厂江山乳化炸药生产一车间炸药生产线发生多起温度变送器故障事故,对生产进度造成了不可低估的影响对热电阻一体式温度变送器的故障分析能够让我们进一步了解变送器的原理,从应用方式出发思考和分析故障原因,为提高生产效率和减少故障排查的时间打下基础。

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