一次特殊PLC故障的分析处理

摘 要：一大型泵站PLC控制系统近期发生一次较为特殊的故障，PLC系统给出的故障诊断信息未能直接指示故障点，导致故障处理过程失误，文章分析了诊断失真的原因，供处理类似故障工作作为参考。

关键词：EPS应急电源；PLC故障诊断；电压跌落时间

PLC控制系统的故障处理在很大程度上依赖于其系统自带的诊断信息，近期一大型泵站PLC控制系统发生了一次较为特殊的故障，供电电压跌落导致的故障PLC系统给出的故障诊断信息却是机架故障，未能直接指示故障点，导致故障处理过程失误，文章分析了诊断失真的原因，提出了对诊断信息综合研判的观点供处理类似故障工作作为参考。

1 故障现象

该泵站PLC控制系统由5个机架构成，一个主机架，4个扩展机架。系统配置如图1所示。

2015年2月17日3点56分，主机架CPU停机，所控制水泵、阀门等设备全部停止运行，造成大面积停供事故。

故障记录提示，CPU停机的原因是1#从机架故障，系统内又没有下装机架故障中断处理模块OB86，导致CPU停机响应。重新启动CPU后，运行正常不报故障。考虑到该泵房的重要性，为避免事故再次发生，决定对可能造成1#从机架故障的因素进行预防性消除。根据故障提示信息，对1#从机架与0#主机架之间的连接电缆和接头进行更换，更换0#主机架上的460和1#从机架上的461接口模板，更换从机架上的背板和PS407电源模板，检查信号模块，下装机架故障中断处理模块OB86。上述措施实施完毕后，重新开机投入运行。

系统运行到当天9点16分，故障再次出现，系统所控制设备大面积停运，因下载了机架故障中断处理模块OB86，CPU没有停机，但1#从机架上控制的阀门组全部关闭，造成部分管网断水。

如图2所示，系统220伏交流电源引自EPS应急电源，经QS0开关受电后，分配给5个机架的PS-407电源模板。查阅EPS的运行记录，发现故障发生的对应时间点有电源切换动作，切换原因为市电电压超限，本机电压超限设定值为±20%额定输入电压，判断EPS应急电源切换和PLC系统故障有相关联系。随后，为验证两个事件的相关性，进行EPS切换实验，断掉EPS市电进线电源，EPS自动切换到逆变运行状态，切换过程中PLC各机架没有明显异常，但1#机架所控制阀门组等设备动作关闭。查询PLC诊断记录，发现PLC报出与前两次故障时相同的诊断信息，至此，验证了PLC故障是由EPS应急电源切换引起的。

2 EPS的工作原理

EPS应急电源采用单体逆变技术，集充电器、蓄电池、逆变器及控制器于一体，内部设计了电池检测、分路检测回路，其主要部件的工作原理框图如图3所示。

如原理框图所示，当市电正常时，由市电经过互投装置给负载供电，同时进行市电检测及蓄电池充电管理。当市电供电中断或市电电压超限（±15%或±20%额定输入电压）时，互投装置将立即投切至逆变器供电，在电池组所提供的直流能源的支持下向负载供电。当市电电压恢复正常工作时，EPS的控制中心发出信号对逆变器执行自动关机操作，同时还通过它的转换开关执行从逆变器供电向交流旁路供电的切换操作。EPS在供电回路切换过程中会产生几毫秒至几百毫秒的断电间隙，其断电间隙长短依不同产品而不同。

3 故障处理及原因分析

经检查动力配电记录，在EPS应急电源这两次切换的时间段，动力电源并没有10%以上的电压波动，因此判断EPS应急电源本身存在误检测或误动作故障，更换EPS控制单元后，故障没有再次出现。故障虽然得到了解决，但故障的现象却难以理解，即同样在EPS切换间隔内5个机架都有短暂失电过程，为什么只有1#机架报故障呢？

西门子S7-400系列PLC使用的PS-407电源模板其内部整流部分有储能电容，当瞬间供电电压跌落时，储能电容释放能量，短时间内可能不导致PLC停机，如果EPS切换时间小于PLC的允许电压跌落时间，则PLC不会停机。该系列PLC的允许电压跌落时间指标没有明确的表述，但根据工作经验，西门子S7-414型号单机架的情况下，允许电压跌落时间在100ms至280ms之间，这个时间与机架所带负载直接相关，同一机架带模板越多，维持时间就越短。EPS应急电源产品手册给出的切换时间指标为<200ms，用示波器实测其切换时间约为117ms，回答为什么只有1#机架报故障的疑问，可以考察各机架维持时间来解释。这套PLC系统，1#机架所带信号模板数量为13块，远多于其他机架模板数量，所带负载最多。因此，当EPS应急电源发生切换时，即带负载较轻的机架的维持时间可能大于117ms，没有掉电表现，而带负载较重的1#机架维持时间短于117ms，导致在EPS切换间隙掉电报故障，这样也解释了PLC诊断信息没有报系统掉电故障，而是报机架故障的原因。虽然PLC诊断信息没有报出直接故障原因，但有其内在逻辑上的合理性，不应认为误报，这也提示在类似故障的处理中，应综合各方面可能性研判故障原因，避免走弯路。

4 结束语

通过本次故障的分析，可以得出如下结论：

（1）PLC故障診断信息在一些特殊情况下并不一定能够直接定位故障点，信息的应用应进行综合研判；

（2）PLC的机架电源有一定的容许电压跌落能力，工程应用中可以适当应用，可以作为控制系统不间断电源选择配置的一个约束条件，即不间断电源选择配置切换时间指标时只要满足小于PLC系统容许电压跌落时间即可，无需提出过于苛刻的要求；

（3）PLC系统在设计时，应考虑各机架间的负载平衡。

参考文献

[1]武保同.数字EPS应急系统若干技术的研究[D].吉林大学，2011.

[2]叶大镛.PLC的通用故障诊断方法[J].鄂钢科技，2014，2.

[3]王建国.可编程序控制器系统的供电电源及接地部分的设计[J].电气传动，2001，5.

作者简介：梁友辉（1973-），男，工程师，主要从事自动化仪器仪表方面的研究。