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新聞詳情
智能3351壓力變送器模擬量故障保護功能的設計和介紹來源：上海自動化儀表有限公司作者：上海上儀
 對上儀智能型3351壓力變送器進行介紹，然后結合加熱爐系統(tǒng)誤停車現象，對控制系統(tǒng)中引起誤停車的模擬量斷路/短路故障保護策略進行詳細分析，非常后提出并設計實現了控制回路、聯(lián)鎖變量在出現故障時的對應保護措施，可以為工業(yè)生產中其他類似項目提供參考。 2．1．1診斷中斷 AI模塊331-7KF02-0AB0診斷中斷功能可以檢測內部故障，包括硬件故障(如EPＲOM故障、ＲAM故障及內部電源故障等)和軟件故障(如模塊參數錯誤、通道組態(tài)錯誤等)，還可以檢測外部故障(如外部輔助電源丟失、缺少前連接器及斷路等)。在圖2中勾選組診斷，可啟用斷路監(jiān)視和相應的診斷信息。需要注意的是，如果組態(tài)為電壓型傳感器時，只有±80mV和±250mV的電壓信號才可以進行斷路監(jiān)視;如果組態(tài)為四線制電流傳感器時，只有4～20mA的電流信號才可以進行斷路監(jiān)視。 當模塊檢測到錯誤或是消除錯誤時，CPU操作系統(tǒng)會調用組織塊OB82，在OB82中包含基本的診斷信息，可以提供錯誤發(fā)生的時間、錯誤所在模塊信息等。如果想進一步評估診斷模塊的數據，可以通過調用SFC51、SFC59等系統(tǒng)函數來獲得更具體的通道診斷信息。 2．1．2超出限制時硬件中斷 AI模塊331-7KF02-0AB0具有可以觸發(fā)硬件中斷的功能。如圖2所示，如果激活超出限制時硬件中斷，則會在超出或低于限定值時，調用硬件中斷組織塊OB40。在OB40的用戶程序中，可以編寫系統(tǒng)對硬件中斷進行響應的程序。OB40的臨時變量OB40_MDL_ADDＲ存放中斷模塊的地址，OB40_POINT_ADDＲ可以讀取中斷模塊產生的中斷狀態(tài)。如果沒有硬件中斷產生，中斷模塊地址OB40_MDL_ADDＲ為0;當存在硬件中斷時，中斷模塊地址OB40_MDL_ADDＲ顯示該模塊的起始地址。 需要注意的是，只有通道0和通道2具有硬件中斷功能，其他通道的輸入都不能觸發(fā)硬件中斷。因此，采用硬件診斷判斷331-7KF02-0AB0卡件斷路/短路存在一定的限制，而采用其他功能更為強大的全通道診斷卡件則會帶來成本的上升。 2．2控制器內部數值分析 SIEMENSS7-300PLC處理模擬量的方式為將現場儀表傳送過來的4～20mA信號轉換為對應的0～27648之間的系統(tǒng)字。如果現場儀表或線路出現斷路/短路故障，則電流范圍不再是4～20mA，轉換的數字量也就不再對應0～27648，利用CPU的這個內部數值特性，對模擬量故障保護進行分析。 壓力變送器中的模擬量輸入為二線制和四線制儀表，接線方式如圖3所示。二線制是相對于四線制(兩根供電線路、兩根通信線路)來說的，將供電線纜與信號線纜合二為一，兩根線纜實現通信兼供電功能。從標準意義來說，對于二線制儀表，AI模塊能接收到4～20mA的電流信號，如果線路斷路則AI模塊接收到的電流為0mA，如果線路短路則AI模塊接收到的電流大于20mA;對于四線制儀表，無論信號斷路還是短路，AI模塊接收到的電流均為0mA。 4～20mA電流測量范圍內的模擬值見表1。對于電流型儀表，當輸入電流大于20．0000mA小于等于22．8100mA(對應系統(tǒng)字32511)時處于過沖范圍，當輸入電流大于22．8100mA小于等于22．9600mA(對應系統(tǒng)字32767)時處于上溢范圍，非常大系統(tǒng)字為32767;當輸入電流小于4．0000mA大于等于1．1850mA(對應系統(tǒng)字－4864)時處于下沖范圍，當輸入電流小于1．1850mA大于等于0．0000mA(對應系統(tǒng)字－32768)時處于下溢范圍，非常大系統(tǒng)字為－32768。  2．3故障保護策略的選擇 通過上述分析可以發(fā)現，壓力變送器中的AI模塊自身具有一定的診斷中斷功能，斷路診斷是其中的一部分。但該功能存在如下缺點:對模擬量斷路故障保護來說，每設計一個新的工程，都需要進行新的硬件組態(tài)，并且需要多個組織塊程序的編寫，步驟繁瑣且易出錯;對模擬量短路故障保護來說，超出限制時硬件中斷功能只適用于 1個通道，即通道0或通道2，功能不完善，不宜選。 用。而利用SIEMENSS7-300PLC內部數值的特點，可以采用相對簡單的編程設計實現斷路/短路故障處理，且具有較強的可移植性。 3故障保護功能設計 根據表2中系統(tǒng)字的特點和現場驗證，模擬量斷路/短路故障的檢測方法是判斷系統(tǒng)字是否等于－32768或32767，若等于，則系統(tǒng)執(zhí)行相應的報警和保護動作。筆者主要從控制回路、聯(lián)鎖變量和上位實現3個方面進行故障保護功能的設計。 3．1控制回路的故障保護 正常運行的壓力變送器，各個控制回路通常都處于PID自動調節(jié)狀態(tài)。當現場傳送至AI模塊的儀表信號出現斷路/短路故障時，CPU接收的實測值(控制回路PV值)可能為0或滿量程，不能真實地反映現場工藝參數。由于控制回路處于自動控制狀態(tài)，此時現場執(zhí)行機構的閥門開度(控制回路MV值)會一直減小或增大，直至非常終達到程序限定值，從而導致PID調節(jié)失控。此種情況易引發(fā)其他工藝參數產生變化，使加熱爐工作狀態(tài)不穩(wěn)定而導致聯(lián)鎖停車，甚至可能發(fā)生爆燃事件造成不必要的經濟損失。因此當控制系統(tǒng)檢測到變量PV值對應的線路出現斷路/短路故障時，應在第一時間將控制回路切換為手動控制方式，避免引起現場執(zhí)行機構大范圍波動，維持當前的生產狀態(tài)，保持工藝參數的穩(wěn)定。表3給出了壓力變送器負荷調節(jié)相關回路在執(zhí)行斷路/短路故障保護功能前后的控制狀態(tài)。 用戶程序中，以介質出口溫度控制回路為例，首先對介質出口溫度的斷路/短路故障進行檢測，如果出口溫度回路故障指示M34．0變?yōu)?，則將M34．0送至手/自動切換SＲ觸發(fā)器，使控制回路在第一時間切為手動控制狀態(tài)，如圖4所示。 3．3上位實現的故障保護 當模擬量出現斷路/短路故障時，應在上位機或觸摸屏等人機界面上進行相應級別的報警，提醒操作人員關注參數變化，調整工藝參數，保障生產進行，以防誤停車事件發(fā)生。 在壓力變送器中，有的變量參與控制調節(jié)，有的變量參與聯(lián)鎖停車，有的變量僅用于報警或顯示。模擬量在控制系統(tǒng)中所起的作用不同，發(fā)生故障時所采取的措施也就不同。因此，當發(fā)生斷路/短路故障時，對參與控制調節(jié)、聯(lián)鎖停車的模擬量，進行聯(lián)鎖停車級別的聲光報警，對僅用于報警和監(jiān)控的模擬量，進行普通報警級別的聲光報警即可。 由于模擬量斷路/短路故障的特殊性，不屬于工藝參數的實際變化，所以在進行報警提醒時，也需要用特殊的報警聲音進行區(qū)分，比如可以通過第三方軟件編輯成音頻“模擬量斷路/短路報警，請檢修!”等，并在畫面報警區(qū)域進行醒目的顯示，以便和實際工藝參數變化的模擬量報警區(qū)分開來。
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