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1、S5- 115F 型 PLC 故障分析处理 李迎春 天津华能杨柳青热电有限责任公司 摘 要：本文介绍了杨柳青电厂三期锅炉保护系统采用的西门子 S5- 115F 型 PLC 的冗余安全配置，介绍了近两年锅 炉保护系统控制系统故障现象，详细讲解了故障分析处理过程和方法。 关键词：S5- 115F 型 PLC 故障 分析处理 1. S5- 115F 型型 PLC 在杨柳青热电厂三期锅炉保护系统（在杨柳青热电厂三期锅炉保护系统（BPS）的应用）的应用 图 1：BPS 系统 S5- 115F 结构 杨柳青热电厂锅炉保护系统（BPS）由德国 BABCOCK 公司使用 SIEMENS 公司的 S5 系列可
2、编程控制器搭建，整个 BPS 系统由两套 S5- 115F 系统组成，见图 1，图中： PS951：电源卡件，为 CPU 卡件、通讯卡件、I/O 卡件的控制电路、接口卡件提供电源。 CPU942F：CPU 卡件。 CP523：一二单元之间通讯卡件。 I/O 卡件： 开关量输入/输出卡件。 IM324、IM304：子单元 A 与子单元 B 的接口卡件。 P S 9 5 1 C P U 9 4 2 F C P 5 2 3 I M 3 0 6 I M 3 2 4 P S 9 5 1 C P U 9 4 2 F C P 5 2 3 I M 3 0 6 I M 3 0 4 I/O 卡件 I/O卡件 I
3、M 3 0 6 I/O 卡件 I M 3 0 6 I/O 卡件 一 单 元 P S 9 5 1 C P U 9 4 2 F C P 5 2 3 I M 3 0 6 I M 3 2 4 P S 9 5 1 C P U 9 4 2 F C P 5 2 3 I M 3 0 6 I M 3 0 4 I/O 卡件 I/O卡件 I M 3 0 6 I/O 卡件 I M 3 0 6 I/O 卡件 二 单 元 A子单元 B 子单元 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 IM306：扩展单元与中央单元的接口卡件 BPS 系统由两套 S5- 115F 系统组成，即单元一为一套 S5-
4、 115F 系统，单元二为一套 S5- 115F 系统，两套系统配置完全相同，具有相同的控制逻辑。单元一与单元二可各自独立运行， 即：即 使两个单元之一故障，另一单元仍可照常运行，使系统功能不受影响。 每一 S5- 115F 系统由子单元 A 和子单元 B 组成， CPU 和重要 I/O 卡件为二取二冗余配置，冗 余配置的两部分分别置于子单元 A 和子单元 B 中，非冗余配置的 I、O 卡件可置于子单元 A，亦可 置于子单元 B。子单元 A 和子单元 B 同时运行，它们具有相同的用户程序和系统程序，在运行过程 中系统进行自检测，一旦发现故障，系统停止运行，所有输出禁止。 2. 故障安全型输入输
5、出接线原理故障安全型输入输出接线原理 1、 BPS 故障安全型输出接线原理图故障安全型输出接线原理图 图二 BPS 由两个 S5- 115F 型 PLC 组成，输出采用故障安全型输出方式。一个单元中 A、B 子单元 会将另一个子单元的输出信号读回，并进行比较，以保证输出正确信号。一、二单元并列输出，输 出信号“1”优先，即使其中有一个单元发生故障停运，也不会影响正确输出。 2、 故障安全型输入接线原理图故障安全型输入接线原理图 图三 用于安全型输入的输出模件 安全型输出模件 O A1 DO A1 TDI PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 输入模件 3. BPS
6、 控制系统典型故障恢复分析与处理控制系统典型故障恢复分析与处理 1）5 机组机组 BPS 一单元一单元 PLC 停运停运 2008 年 3 月 27 日5 机组 BPS 报警，检查发现一单元 PLC 停运，重新启动后即正常运行。 但随后两周，出现三次5 机组 BPS 一单元 PLC 停运故障，未能检查出故障原因，每次重新启动 都很顺利完成。用 PG740 编程器故障诊断软件 COM- 115F 进行诊断，故障报警为： “I/O module interrupted or wrong addressed in the user program； ” S5- 115F 手册指示该故障可能原因为：
7、Power failure in I/O expansion unit connection to expansion unit interrupted Terminating resistor connector in the central controller missing 针对第一种可能，我们检查了扩展单元所有 I/O 卡件接线均正常，检查卡件供电电源电压正常 为 24VDC。 针对第二种可能，我们更换了扩展单元的 IM 接口卡件和通讯电缆。 针对第三种可能，我们检查了中央单元所有连接。 分析认为，由于能够重新启动 PLC，说明故障为短时瞬间发生。 后来 PLC 停运间隔变短，我们将
8、 PLC 启动完成后长盯扩展单元卡件指示灯，发现在扩展单元 中，用于安全型输入的输出卡件之一 56A1 指示灯发生瞬间闪烁后，PLC 立刻停运。此时检查该卡 件供电电源电压，在两分钟之内出现了电压波动，最低低于 18V。确定原因为卡件供电电压低，查 线发现该卡件供电端子短接板松，紧固后未再出现问题。 原来的小修标准项目为检查紧固控制柜端子排，工作中忽略了电源端子排短接板。制定技术措 施，利用机组停运时机，对所有使用 S5- 115F 型 PLC 的控制系统电源端子和短接板进行检查和紧 固。 3.2 6 机组机组 BPS 二单元二单元 PLC 停运停运 2008- 10- 6 08:40:00，
9、检查发现#6 炉锅炉保护系统控制柜发报警，6 炉 BPS 二单元 PLC 停 运。对二单元 A/B 子单元 CPU 进行总复位后，重新启动 PLC 运行，但无信号输出，故障报警一、 二单元输出不一致。 经分析，认为二单元启动后信号无输出的原因为故障报警一、二单元输出不一致。 I PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图四 一二单元数据同步原理示意图 如图四所示，当停运的二单元重新启动时，将通过总线 CP523 从运行的系统（一单元）接收数 据。二单元将接收到的数据与自身计算结果进行比较（DB101 与 Eigene daten） ，如果自身数据与 接收到的数据相等
10、，则二单元允许信号输出。 现在二单元不允许信号输出， 说明 PLC 启动后计算出的结果与运行中的一单元不同。 用 PG740 编程器故障诊断软件 COM- 115F 进行诊断，并未报出输入不一致故障。检查所有输入卡件指示，一 二单元无不同，这说明：在输入完全一致的情况下，计算结果不一致，怀疑 CPU 卡件异常。更换 CPU 后故障仍然存在。 在线查看二单元程序，发现一些中间点状态异常，同一个点在不同程序块中状态不同。怀疑 EPRON 存储子模件异常，在二单元系统总复位时 PLC 从 EPROM 读取程序冷启动时，使执行程序 异常，造成二单元计算结果异常。 当日重新烧制 EPROM，更换 CPU
11、 存储子模件后总复位二单元 CPU 启动正常。 鉴于三期 BPS 系统已经投运 11 年，最近三年未修改程序，EPROM 也就未做擦除和重新烧制 程序工作。制定措施，利用机组停机检修机会，将#5/6 机组 BPS 系统 PLC 中 EPROM 存储子模件 都进行更换。 3）5 炉炉 BPS 一路输入卡件失电一路输入卡件失电 2005 年 4 月 10 日 13：35，5 炉 BPS 系统报警，三取二保护测点都失去一路测点。检查发 现第一路输入卡件失电，24VDC 电源掉电。合上电源后，蒸汽压力开关测点无信号，半分钟后，电 源又失电。检查蒸汽压力开关测点线路接地。 由于当时机组启动未完成，油枪运
12、行，而雾化/吹扫蒸汽压力低信号带油枪保护。为防止故障处 理时误动作，将蒸汽压力开关另两个测点信号强制为“1” ，防止保护误动作。 事件原因经查找，发现是压力开关插头内接线破皮，发生接地引起。进行相关处理后恢复。 4. 总结总结 杨柳青热电厂三期机组已经投运 12 年，锅炉保护系统（BPS）出现过一些问题，上面是一些典 型的故障分析处理过程。由于 BPS 采用的两套 S5- 115F 型 PLC 的安全冗余结构，保障了系统在控 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 制系统本身出现问题时仍然能够正常工作， 即使出现了 PLC 停运的严重故障， 也没有影响机组运行， 故
13、障处理时技术人员比较从容，更保障了处理过程的严谨和安全。 总结经验，在故障处理过程中，建议在出现 PLC 停运状态后，在条件允许时不要急于对 PLC 进行总复位或重新启动，而应对停运 PLC 进行故障诊断，记录下故障类型和可能的原因后再尝试总 复位和重新启动，以便在重启失败后正确查找原因。 参考资料： 1、simatic s5- 115f manual file 2- 2(yangliuqing power station I&C Equipment MANUAL part 12) 2、I&Ctraining on site (yangliuqing com.- Nr.10- 4891) 作者简介： 李迎春，女，36 岁，高级工程师，天津华能杨柳青热电有限责任公司检修部锅炉控制一班技术员,热工专业专 工助理。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建