PLC站控系统温度跳变引起联锁故障的分析及处理

乙加牛 樊荣

[摘    要 ]  PLC站控系统在运行过程中发生温度值异常跳变升高，触发了联锁停泵现象。经过分析，得出联锁触发原因，是由于温度异常跳变，造成联锁停机。常规方法是更换信号跳变的元件。此次故障解决通过分析PLC模块原理，在不更换硬件的情况下，通过修改组态软件采集寄存器地址，设置组态软件量程与温度对应关系，解决了温度跳变引起的联锁故障。

[关键词]温度;异常跳变;联锁

[中图分类号]TE973.8 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]During the operation of the PLC station control system， an abnormal jump of temperature occurred， which triggered the phenomenon of interlocking pump shutdown. After analysis， it is concluded that the reason for the interlock triggering is due to the abnormal temperature jump， which causes the interlock to stop. The conventional method is to replace the signal jumper component. The troubleshooting this time is through analyzing the principle of the PLC module， without changing the hardware， by modifying the configuration software to collect the register address， setting the configuration software range and the temperature correspondence， and solving the interlocking failure caused by the temperature jump.

[Keywords]temperature; abnormal jump; interlock

新疆克拉玛依油田公司某转油站，对油田来液进行分离、加热、后到压力缓冲罐，经3台75 kW转油泵增压后，原油外输到联合站。配有一套专门的小型PLC站控系统，2台监控电脑监控所有参数，1台在站内就地监控，另一台在联合站进行远程监控。由于转油泵功率较大，为了防止意外故障造成泵电机烧毁，现场电机及泵体部位安装有温度、震动传感器，实现联锁停泵保护。当电机温度及泵体振动达到联锁设定值时，自动停泵保护。

站库系统上位机监控软件采用的是ESIPIDER7.0，力控ForceControl V7.0 OEM版。下位机硬件组态ESET2018软件，该软件可对北硬件产品进行通信、采集、PID等参数配置及寄存器调试操作。联锁编程采用OPENPCS2008软件。

1 故障现象

值班员工反馈，转油泵偶有自动停泵现象，具体原因未知，已经多次发生，当联锁停泵后，停一段时间后又可以重新启泵。由于原油输送不能中断，不排查出自动停泵原因，一旦停泵后不能及时发现，有可能会造成管线憋压破裂、原油泄漏的生产事故，产生安全环保风险，给企业带来经济损失。

2 原因分析

查看上位机监控软件所有能引起停泵参数历史趋势，对历史趋势进行分析，发现泵后轴温度TT_0402A及泵体温度产生了瞬间跳变，如图1所示，造成瞬时值超过联锁设定值75℃，触发PLC联锁停泵。正常情况下，转油泵的后轴温度及泵体温度升高是一个平滑过程。初步判断，此次联锁停机是由于温度跳变造成。

3 排查及处理经过

PLC系统溫度采集用的是4路PT100RTD模块，用ESET2018软件上载硬件配置进行查看，RTD模块使用了从30177开始8个采集寄存器地址，每路浮点温度值占用2个寄存器地址。产生跳变的泵后轴温度和泵体温度接入的是同一个RTD温度采集模块。

本次故障检修时，首先怀疑是线路接触不良，由于泵的振动，造成瞬间断路，阻值异常变大，造成温度升高，检查热电阻传输链路的各个接点，没有发现任何松动现象。又进行热电阻更换测试，一个新热电阻直接在控制柜上接入温度跳变通道，经过长时间观察，还是有跳变现象，基本上可以判断线路及热电阻没有问题，是RTD模块出现问题。又进一步更换通道测试，再次确认故障范围，把这个热电阻接在其使温度采集模块上，长时间未见温度跳变。经过各种测试，进一步确定，是这个RTD模块产生故障。快速解决办法是人为提高联锁设定值或取消联锁。取消PLC联锁功能，生产系统失去联锁保护，提高联锁设定值和取消联锁保护都会产生不可预知的事故，会给生产带来极大风险。如果直接更换配件，RTD模块温度跳变原因还未查明，如图2所示。

为了进一步确RTD模块故障原因，通过ModScan软件监视跳变通道寄存器地址，观察数据跳变情况，发现了特别的现象。

30177地址里的温度值，从29.6会跳变到一个111左右的特定值。马上联想到热电阻分度表，查阅热电阻温度阻值对应表，得知29.6879是温度值，111.5591正是对应的热电阻值，原来该寄存器值，从温度值突然跳变成阻值。通过继续观察，这个RTD模块的4个通道都存在温度值跳变成电阻值的问题，30179、30183两个地址虽然没有接入仪表，也会发生数据跳变。PLC系统主控卡模块和RTD模块通信，实时获取RTD模块的通道温度值，可能由于RTD模块异常，内部数值转换处理逻辑失灵，结果主控卡获取到了RTD模块通道电阻值

根据热电阻分度表100Ω时，对应0℃，138.5Ω对应100℃。可计算出，1Ω，约对应2.6 ℃，当寄存器正常显示温底值变成热电阻值时，数值增大，我们设定的联锁值是75℃，当-60 ℃时，对应的电阻值是78Ω，这样低温的情况下，温度跳变成阻值，都会触发PLC联锁保护。而泵房及原油温度都是零上温度，只要一发生跳变，就会停泵。再次观察历史趋势图，曲线中显示的最高值，其实就是43 ℃时，RTD模块寄存器温度值跳变成电阻值，此时实际温度值远没达到联锁值，系统进行了联锁保护。

4 问题解决

查找到原因后，解决问题变得简单。直接更换RTD模块，可是更换模块后，还有可以产生这样的故障。查阅PLC系统手册，RTD模块在不同的寄存器存储区，分别存储通道的电阻值及转换后的温度值，这个RTD模块30169开始的8个地址，存的是电阻值，30177开始的8个地址，存取的是转变后的温度值。于是决定将主控卡配置为直接读取RTD模块电阻值，通过组态软件转换为相应的温度工程值，然后再进行联锁，同时对上位机温度显示进行相应的组态修改。

如果采集的是热电阻值，如果发生阻值与温度值之间跳变现象，那么跳变后，实际显示的温度值将变小很多，不会发生联锁停机保护。

4.1 上位机组态修改

PLC系统30169开始的2位寄存器存的是热电阻阻值，直接把上位机原来采集地址30177址改为30169即可，更改后ESIPIDER7.0组态软件变成采集热电阻值。

4.2 量程转换

PLC系统里的采集值，是指现场仪表采集到PLC系统里的原始数值，这个原始数值是仪表电信号经过模数转换后得到。组态软件里要设定采集值与仪表量程对应关系，经过逻辑换算就能够得出实际的工程值。不同的PLC系统使用的采集值不一样（模数转换电路的精度有区别），PLC直接采集值叫祼数据值，祼数据值可以根据实际情况进行更改。如PLC祼数据值下限对应10000.0，上限对应50000.0，如果仪表表的量程是0～100 ℃，则0℃对应10000.0，100 ℃对应50000.0。

泵房温度及泵温不会低于0℃，也不会高于200℃，我们取RTD模块的有效转换量程。根据热电阻分度表，0～200℃，对应100～175.8Ω阻值。当ESIPIDER组态软件直接采集热电阻时，如果不进行一些一些转换，直接用组态软件默认的下限10000.0，上限50000.0，对应热电阻量程，组态软件采集到数值100Ω，需要转换成温度是零度，138.5Ω需要转成100℃。

让监控员工每次看热电阻阻值，不直观。根据MODSCAN软件扫描的跳变通道值，就是热电阻分度表。就在想能不能更改裸数据值，设成热电阻的分度表，量程设成分度表对应的温度值。

在ESIPIDER组态软件设置热电阻阻值与温度显示量程对应，由于寄存器采集到的值是100～175.8Ω阻值，我们设置祼数据下限对应100Ω，上限对应175.8Ω，量程设定值下限设0，上限设200。经过这样的祼数据值与量程设定，组态软件直接对阻值与温度量程转换，虽然采集的是电阻值，组态软件界面上显示的还是正常的温度值，员工不会有任何不适应。

4.3 下位机逻辑程序修改

上位机监控面对操作员工，解决了温度显示，但下位机PLC程度原来是温度寄存器地址参与联锁，需要改成阻值寄存器参与联锁。OPENPCS是PLC逻辑程序组态软件，逻辑程序中，原来是位号TT_0402A的值是寄存器地址30177的RTD通道温度值，当值大于聯锁设定值后，输出停泵信号。在程序中，将TT_0402A对应的寄存器地址修改为30169对应地址，也是RTD通道电阻值，修改完成编译通过，下载硬件配置及联锁逻辑程序。

由于系统采用了阻值联锁保护，上位机监控软件原来采用的是温度联锁值，组态软件采集温度数值改为采集热电阻值，要重新设定上位机组态软件，联锁设定值要改成阻值模式。重新设定成阻值后，测试联锁保护功能，当我们设定较低的联锁值时，立即触发PLC联锁停泵。为了防止其它RTD模块也发生数据跳变造成联锁停泵，把2个模块也改成采集阻值模式，更改完联锁程序并下载后，测试联锁功能都正常。当程序测试成功后，重新修改联锁保护值，75℃对应129Ω阻值。相关组态修改后，自动化系统运行一个月以来，没有发生联锁停泵情况，查看组态软件历史趋势，温度显示平稳，没有再发生过跳变。

此次故障维修，看起来很复杂，核心就是热电阻分度表，通过阻值与温度转换，解决温度跳变问题;通过量程与采集值的转换，巧妙的把热电阻值转变成温度值。一个看起来复杂故障，通过简单换算、设置得以解决。

5 结束语

当RTD模块出现此类故障，内部数值转换逻辑失灵，通道电阻值向通道温度值转换时出现漏转现象时，可以通过修改相应的上位机组态配置及下位机逻辑程序，使用RTD模块通道电阻值来实现PLC系统联锁控制功能。组态软件直接读取热电阻阻值，系统更稳定。

参考文献

[1] 刘明礼，唐力，罗中.IDAS系统温度信号跳变原因分析及处理[J].电工技术，2018（18）：52-53.