（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司设备部 江苏 226246）
摘要：分析了吕四港发电公司斗轮机控制系统通信干扰的原因，对通信干扰故障原因给出了解决措施。针对通信干扰问题对变频器电缆和控制系统的接地进行了改造，从硬件和软件方面抑制了控制系统通信干扰，有效的防止了斗轮机在参加作业时无故停止问题的发生。
关键词：斗轮机；控制系统；通信干扰；接地
1 引言
某厂4×660MW机组输煤系统共配置三台斗轮机，控制系统采用施耐德公司昆腾系列PLC，CPU型号140CPU67160。斗轮机PLC控制系统包括了悬臂皮带、回转、俯仰、行走等控制逻辑，可以实现斗轮机在煤场的堆、取煤作业。
斗轮机是输煤系统中非常重要的设备之一，它承担着电厂中煤场卸煤与煤仓配煤等重要任务。某厂建设规模为四台660MW发电机组，输煤系统配置3台斗轮机，由上海电力环保设备总厂有限公司设计制造，为固定轨道上行走的斗轮堆取料机，设计堆料出力为3600t/h，取料出力为1600t/h。由于机组正常运行时日耗煤量大，故斗轮机运行时间长，控制系统的稳定性在斗轮机安全运行过程中显得尤为重要。
2 设备存在问题
三台斗轮机自投产以来，经常出现大车行走故障，回转电机故障，斗轮电机故障，悬臂皮带启动故障等问题，同时在操作平台报警栏中所有报警全部报出。在斗轮机司机室操作平台对故障信号复位后，故障消失，报警信号清除。运行一段时间后斗轮机运行又会出现同样的问题。这种不明原因导致斗轮机不能正常的工作，严重的影响了煤场取煤与卸煤工作。此类缺陷的存在严重威胁到输煤系统的安全稳定运行。
2.1 设备故障现象
输煤系统在正常接卸煤工作开始后，一号卸船机作业，C1A、C2A、C3A、C5B胶带机连续运行，二号斗轮机参加堆料作业。二号斗轮机在作业过程中悬臂皮带突然停止，上游胶带机及卸船机连锁急停。司机室操作平台报警，报警内容为：三号液压站高温报警停机、三号液压站开关跳闸、三号液压站过载等。在斗轮机司机室操作平台对故障信号复位后，故障消失，重新启动卸煤流程，二号斗轮机悬臂皮带运行正常。当大车开始向堆料位置前进时，悬臂皮带运行正常，大车行走动作突然不明原因停止，行走电机重新启动后仍然出现突然停止的现象。报警内容同样是：三号液压站高温报警停机、三号液压站开关跳闸、三号液压站过载等。
2.2 设备故障现象分析
1、从故障报警记录来分析：斗轮机在出现悬臂皮带自停和大车行走自停后，报警内容均为三号液压站高温报警停机、三号液压站开关跳闸、三号液压站过载等。就地实际检查发现三号液压站开关并未跳闸，检查液压站油箱油温并未出现高温现象，在司机室故障报警复位以后，系统又重新恢复了正常且报警同时复归。斗轮机停机后反复验证，操作屏台上的报警为误报警，并不是真实存在的。
2、从故障现象来分析：斗轮机PLC控制系统采用的是施耐德昆腾67160系列产品，当故障自停出现的时候在通信卡件CRP面板上可以看到故障指示灯ERROR A闪烁几次。由此判断PLC控制系统存在通信干扰问题。故障是由于PLC控制系统通信电缆虽然单独穿管铺设，但是并没有完全与动力电缆分开敷设，并且斗轮机PLC控制系统的主站机柜与行走电机变频器的动力柜相邻安装对控制系统存在一定干扰。检查发现斗轮机行走电机变频器出线与PLC通信用的同轴电缆敷设距离仅为20厘米左右，在通信电缆沿线有五米的长度是与行走电机变频电缆平行铺设的。由于PLC机柜与变频器机柜相邻，控制电缆与动力电缆之间存在交叉铺设的地方，在这样的环境中最容易引起干扰。因此，行走变频器干扰是斗轮机控制系统通信干扰源之一。
回转变频器干扰是斗轮机控制系统通信干扰的第二个原因，由于回转动力柜与PLC控制系统的第二个远程站同在一个电子室内，电缆出线同样存在平行铺设的问题。另外斗轮机的回转电机未配置相应抗干扰强的屏蔽电缆，回转电机动力电缆接线时未设接地线，这对一同铺设的同轴电缆有一定的干扰作用。将回转电机下部的电缆槽盒打开可以发现，同轴电缆几乎与动力电缆并排铺设，当斗轮机启动后我们将同轴电缆从槽盒中取出，开启斗轮机悬臂皮带并不会马上出现通信干扰的现象，我们再将同轴电缆放回到电缆槽盒中去，干扰立即出现并且悬臂皮带停止，这一现象表明回转变频器出现也是造成通信干扰重要的干扰源。
PLC控制系统通信电缆虽然单独穿管铺设，但是穿管沿线并没有良好的接地。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。接地在消除干扰上起很大的作用。在同轴电缆铺设沿线，金属软管有多处破损现象，镀锌管与金属软管之间没有使用标准的接头来进行转接而是用绝缘胶带包扎紧固，这就造成了暂时的电磁干扰能量不能及时的释放到大地中去，干扰信号与同轴电缆信号进行叠加后造成PLC整个系统通信故障。在斗轮机作业过程中会有很多设备同时动作，机电一体化的大型设备会产生大量的电磁信号，当他们在系统中产生电磁感应和干扰冲击时往往会扰乱斗轮机本身的控制系统，是控制系统的稳定性下降，同时控制精度也得不到保证。所以，控制系统接地不良也是造成斗轮机悬臂自停和行走自停的问题所在。
3、从斗轮机控制原理来分析：斗轮机PLC系统有一个主站下设三个远程站。其中远程站分别位于斗轮机下部电气房，中间回转平台电气房和司机室。
检查斗轮机控制逻辑，由于悬臂电机与行走电机的驱动端均采用长指令控制方式，所以我们将控制悬臂电机的所有开关量点单独取出做自保持回路。
当干扰发生时我们可以发现悬臂皮带启动的输入信号BC_STACK_INPUT由1变为了0，这最终导致了悬臂皮带堆料输出BC_STA线圈由1变为0。同理，行走电机控制逻辑内同样存在这样的问题。而斗轮机悬臂皮带和行走电机的输入信号操作在司机室内，所以当干扰发生时，PLC控制系统通信受到干扰，位于司机室内的远程站发生了信号丢失现象，造成设备驱动回路的中断。这也同样证明了悬臂自停和行走自停时操作台报警为三号液压站高温报警停机、三号液压站开关跳闸、三号液压站过载等。原因是报警内容均为司机室远程站内常闭点报警，当通信出现问题是，这些报警点开关量与主站通信不上，当这些点由1变为0时系统开始报警，但是当干扰出现之后重新复位，这些报警将会消失。
3 原因分析
（1）动力电源产生干扰
针对斗轮机运行中出现的问题，电厂检修人员对故障原因进行分析、排查、试验，发现在斗轮机运行中行走电机运行时以及回转电机运行时发生的问题尤为突出，可以判断发生问题的根本原因是由于斗轮机控制系统通讯受到动力电源产生的干扰所致。
（2）同轴电缆串入干扰信号
现有斗轮机控制系统采用施耐德Quantum 67160系列PLC，CPU控制主站设在斗轮机下部电气房内，PLC控制系统下设3个远程分站，分别安装在斗轮机下部电气室，斗轮机上部电气室以及斗轮机司机室内。斗轮机PLC控制系统图如图一所示。由于斗轮机PLC控制系统主站与子站进行通讯的介质是同轴电缆，并且是单路同轴电缆通讯。所以控制系统容易受到环境因素的影响，加之斗轮机行走电机与回转电机分别使用的是变频器控制，使得斗轮机控制系统容易产生干扰而造成停机。
（3）变频器控制干扰
输煤斗轮机PLC控制系统图如上图所示。该PLC控制系统通讯模块140CRP/CRA93200采用同轴电缆的连接方式，控制系统容易受到环境因素的影响，加之斗轮机行走电机与回转电机分别使用的是变频器控制，使得斗轮机控制系统容易产生干扰而造成停机。
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图一 斗轮机控制系统结构图
4 解决方案
输煤斗轮机PLC系统为施耐德原Quantum PLC，系统设置冗余CPU控制，PLC控制系统包含3个控制子站，主站与子站配置双网通讯卡件140CRP/CRA93200，通讯介质采用RG-6同轴电缆，通讯配件包括186同轴电缆分离器和185同轴电缆分支器。为了彻底解决此问题，检修人员采取了一系列的手段来增强控制系统的抗干扰能力，如将控制系统通讯电缆与动力电缆分开、给通讯电缆加屏蔽等，这些措施的实施只是短暂的解决了干扰问题，设备运行一段时间后各种故障现象重现。要从根本上解决问题，需要改变斗轮机PLC控制系统的通讯架构。
4.1 通讯架构改造
输煤斗轮机经常发生由于信号干扰控制系统通讯而使行走过程中断，干扰煤场的正常作业过程。为了降低通讯干扰，提高斗轮机运行的稳定性，需要将斗轮机PLC通讯控制系统升级为以太网的通讯架构。
4.2 通讯架构方案
输煤斗轮机控制系统使用施耐德昆腾140CPU67160的PLC控制系统，通讯控制系统通讯介质为同轴电缆，非常容易受到变频器的干扰，造成PLC控制系统通讯中断。使用以太网架构的140CRP/CRA31200模块替换同轴电缆架构140CRP/CRA93200模块，通讯介质升级为抗干扰网线，有效提高PLC系统抗干扰性能。
1、将施耐德昆腾140CPU67160的PLC控制系统编程软件由UNITY8.0升级为UNITY12.0，离线对斗轮机PLC程序进行转换，实现同轴电缆架构向以太网架构的转换。
2、原有PLC控制系统机架不变，两个PLC主站6槽机架上的140CRP93200模块用以太网架构主站通讯模块140CRP31200替换。三个PLC系统RIO子站10槽机架上的140CRA93200模块用以太网EIO子站通讯模块140CRA31200替换。
3、140CRP31200模块与140CRA31200模块之间用屏蔽超五类网线进行连接。通讯控制系统图如下所示：
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图二 改造后的PLC通讯架构
4、用后台编辑好的PLC程序进行单台斗轮机整体系统调试。
4.3 改造实施的可行性
斗轮机PLC通讯控制系统以太网架构改造，通讯介质由同轴电缆升级为以太网线，有效提高了PLC控制系统抗干扰能力。在斗轮机行走和回转时，防止变频器干扰引起斗轮机停车。改造实施前，斗轮机PLC控制系统仍然使用同轴电缆架构140CRP/CRA93200模块，A网和B网同轴电缆在敷设过程中分别使用不同路径，以提高通讯控制系统抗干扰能力。
5 结论
输煤斗轮机PLC通讯控制系统改造后，通讯架构由同轴电缆架构升级为以太网架构，通讯介质由同轴电缆升级为以太网线，有效提高了通讯控制系统抗干扰能力，保证斗轮机大车行走和回转时主站与子站的通讯正常进行，保障煤场斗轮机持续安全稳定运行。
参考文献：
[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社.2004