电磁干扰造成PLC总线通信报错的实例分析

肖江凯

(浙江华电环保系统工程有限公司，浙江 杭州 310012)

1 系统概况

安徽平圩电厂原#1锅炉灰渣处理系统为Quantum Modicon PLC系统，在#1锅炉灰系统改造工程中，增加了2个远程I/O柜(5个远程机架)，加上原渣系统的5个远程机架，改造后的灰渣系统共有10个远程机架，每个机架设置1块CRA93200通信模块，采用RI/O总线与主机架CRP93200构成冗余总线系统。处理器采用的是Quantum高端67160系列双机热备CPU。

由于是改造工程，机柜安装位置受到局限，CPU主机柜位于控制楼2楼，新增的2台灰系统远程I/O柜(#1，#2程控柜)位于灰系统低压配电室，原渣系统远程I/O柜(#3，#4柜)位于渣浆泵房配电间。

CPU主机柜与灰系统I/O柜相距约150 m，灰系统I/O柜与渣系统I/O柜相距约200 m。原系统RI/O网络均采用RG－6同轴电缆连接，考虑到改造工程现场电气环境较复杂，特增设光纤中继器(490NRP95400)，将CPU柜和#1柜以及#2柜与#3柜之间的RI/O总线均改为多模光纤连接。

可编程控制器(PLC)系统各机柜及总线连接示意图如图1所示。

2 通信异常现象

系统调试后，整个PLC系统运行正常，用UnityPro在线监测CPU及各通信模块、I/O模块信息，均显示工作正常，上位机远方监控灰渣系统内所有设备及仪表亦正常，但还存在以下现象:在RI/O双网冗余情况下，PLC系统运行正常，但主机架上CRP模块出现ERROR A和ERROR B指示灯随机闪烁情况，闪烁频率为3～5 s/次;同时，远程机架上所有CRA模块上亦出现此情况，但闪烁频率为30～50 s/次。

由于是通信模块出现ERROR灯闪烁，首先怀疑RI/O总线物理连接有问题，遂检查所有RG－6电缆接头及光纤接头，未发现问题。随即发现将RI/O干缆断开一路(比如断开A缆)时，CRP及CRA上均显示 ERROR A，即网络 A故障，但 ERROR B不再亮起，说明B缆物理链路正常;同样，当断开B缆时，CRP及CRA上均显示ERROR B，同时ERROR A不再亮起，说明A缆物理链路亦正常。

3 排查及分析

3.1 硬件排查

在物理链路正常的情况下，为何会报错信息呢?是否RI/O网络中有某些部分存在不稳定性?逐个排查，更换了光纤中继器、RI/O分支器(MA－0185－100)乃至主机架CRP通信模块，通信模块ERROR灯依然闪烁，从而排除了网络组件的因素。是否是RI/O网络物理结构有问题?比如分支电缆长度，RI/O分支器间距等。由于新增的#1，#2程控柜内空间有限，预装的分支器间距及分支电缆长度均未达到施耐德标准要求。为了彻查原因，重新制作了分支电缆及分支器间连接干缆(每根长2.5 m以上)，结果还是令人失望。

3.2 软件监测分析

硬件物理链路检查未果，于是从软件着手进行分析。通过UnityPro监测CPU的一些关键系统字，可以查看RI/O网络通信状态。

%SW535表示启动时出现 RI/O错误，在线监测该字为0，说明启动时无RI/O错误。%SW536～%SW538表示A缆的通信错误字。%SW536为帧错误计数及DMA接收器溢出计数，在线监测该字为0。

%SW537为接收器错误计数及不正确的工作站接收计数，在线监测该字为不断增加的数值，说明RI/O网络中确实存在不正确的接收，而且总数周期性增加。

图1 #1炉灰渣PLC系统示意图

%SW538为CRC错误、校正错误、溢出错误等，在线监测该字为0，说明无相应错误。

%SW539～%SW541表示B缆的通信错误字，在线监测结果和A缆类似。

从上述状态字监测中可以看出，RI/O网络中确实存在不正确的接收，且A，B缆同时存在类似现象。由于排除了RI/O网络硬件问题的可能性，那还有什么因素会同时影响到A，B 2组网络呢?

是否会是电磁干扰呢?为此，浙江华电环保系统工程有限公司有关人员咨询了施耐德相关专家，同样也是如此判断。

3.3 干扰原因及影响分析

由于是改造工程，远程I/O柜并未放置在专门的电子间，而是位于400 V低压配电室内，距离大容量干式变压器距离不足2 m，I/O柜周围有较多中压及低压大电流动力电缆，整个RI/O总线系统处于一个充满电磁干扰的环境，每个远程机架均会随机性地受到干扰。每当一个远程站的A缆或B缆受到一次干扰时，相应CRA便闪烁一次ERROR灯，同时CRP上也出现ERROR闪烁;根据实测，远程站CRA上ERROR灯闪烁频率为30～50 s/次，而主机架CPR上ERROR灯闪烁频率为3～5 s/次，因为每个CRA出现一次报错，均会在CRP上显示报错。此报错信息并非是RI/O总线网络故障或不稳定，而是总线系统有电磁干扰。

RI/O总线受到电磁干扰后，从CPU系统状态字中看到，虽然存在不正确的工作站接收，但DMA接收溢出、帧错误、校正错误、溢出错误等状态字均显示正常，说明此干扰并未影响到PLC系统的指令传输，对系统稳定性并无实质影响。

3.4 解决方案讨论

解决电磁干扰，最好在工控系统的设计阶段对盘柜的位置、电缆布置、RI/O总线布置等做出合理的设计。在该改造工程中，由于现场环境的因素，无法对既有系统做出重新调整布局，因而无法杜绝干扰，但可以采取措施尽量减少干扰。

首先，在机柜内增加控制专用接地极(引自主机分散控制系统(DCS)，与电气地隔离)，将机柜外壳和机架接入控制专用接地极;其次，在RI/O总线电缆上增设专用接地块(60－0545－000)并可靠接入控制专用接地极。采取以上措施后再进行测试，虽然干扰依然存在，但干扰频率已降至原来的一半左右。

4 结论

程设计时便做好电磁兼容性考虑，在安装施工和使用维护时也要引起高度重视，多方配合才能有效解决问题，从而增强系统抗干扰性能。