淺談炸藥生產線中應用在PLC 中的變送器的故障分析

摘要:變送器在工業生產中是將變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表。通過變送器能夠更直觀，更便捷的了解生產過程中重要工序的實時數據。對進一步實現炸藥生產的自動化、無人化生產起著重要的作用。

1 溫度變送器原理
       變送器的種類非常多，在炸藥生產線中用的較多的是一體化溫度變送器。溫度變送器較同類的溫度儀表有精度高；量程、零點外部連續可調；穩定性能好；無機械可動部件、維修量少；全系列統一結構、互換性強等特點。江山乳化炸藥生產一車間使用的大多為熱電阻一體溫度變送器。熱電阻一體溫度變送器是有基準單元、R/V 轉換單元、線性電路、反饋保護、限流保護、V/I 轉換單元等組成測溫熱電阻信號轉換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關系進行補償，徑V/I 轉換電路后輸出一個與被測溫度呈現新關系的4~20mA 恒流信號。

熱敏電阻是一種利用半導體制成敏感元件，其特點是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏電阻因其電阻溫度系數大，靈敏高；熱慣性小，反應速度快；體積小，架構簡單；使用方便壽命長，易于實現遠距離測量等特點得到廣泛應用。熱敏電阻的阻值與溫度之間的關系可以用下式表示：

式中Rt 為溫度為t 時的電阻值；Ro 為溫度to 為時的電阻值；B 為常數，由材料、工藝及結構決定。熱點性曲線如圖1所示：

變送器將物理測量信號或普通電信號通過熱電阻傳感器轉換為標準電信號輸出或能夠以通訊協議方式輸出的設備（例如PLC）。溫度變送器是將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，主要用于工業過程溫度參數的測量和控制。電流變送器是將被測贖回路交流電流轉換成恒流標準信號，連續輸送到接收裝置。

熱電阻一體溫度變送器的測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。

2 溫度變送器在PLC 中的應用
江山乳化炸藥生產一車間炸藥生產線中的溫度變送器采用集信號傳輸和電源供給為一體的二線制接線。輸出電流為4~20mA DC。溫度變送器從現場傳輸電流信號至PLC 的AI/O 拓展模塊（西門子PLC 拓展模塊可將接收的電信號轉化為數字信號），經過STEP7 中得程序進行一系列的換算。經過換算后的數據經西門子wincc 組態界面展現在中控室的主控機上。中控室人員能夠在第一時間掌握現場各個工序溫度變化情況而不需進入車間。

首先PLC 接收到電流信號，經過處理得出字，由字再轉化成整數，整型轉化成雙整型，雙整數轉化為浮點數。實際變送器的量程為0~150℃對應數據中的0~27648 （由于考慮到特殊情況模擬量輸入可能會超過選擇的量程，因此在量程的上、下限-100%~100%之外設置了18.5%的裕量。）對應。這樣在現場溫度變送器測量的數據對應過來都會有一個十進制數值與之對應。這也是在PLC 中常用的量程換算方式。

3 溫度變送器的故障分析
熱電阻一體化溫度變送器由于內部單元復雜，并且在江山乳化炸藥生產一車間炸藥生產線中與PLC 進行通訊，在遇到變送器故障時應按照從頭至尾的方法進行故障分析排查。

3.1 溫度變送器不顯示數值
3.1.1 組態顯示數值
①原因分析：根據PLC 與變送器的通訊關系可判斷，若組態能夠顯示正確溫度變量則溫度變送器在傳輸變量參數
至PLC 時測量的實際溫度是正確的。則現場的變送器的熱電阻完好，測量單元正常（如圖2 所示），接線正常，PLC 接收數據正常。則有可能是顯示單元故障。
②解決辦法：更換顯示單元。

3.2 變送器顯示數值，組態不顯示數值
對于溫度變送器正常顯示，而組態不顯示的情況，可以排除溫度變送器自身問題，那么排除溫度變送器故障之后必須依照“從頭至尾”的故障分析方法從接線開始排查。檢查步驟：

①現場傳感器的接線是否正確。傳感器使用的是24VDC,需檢查正負極接法是否正確。另外要檢查絕緣線是否完好。（對于24V DC 的電源輸出，在傳輸過程中很容易受到外來干擾信號的影響，導致干擾信號進入內層導體干擾并降低傳輸信號。所以在工程初期布線就已經將強電弱電的線槽區分開了，但為了保險起見很多弱電信號輸出線還是會使用帶屏蔽功能的銅線。）

②若接線無問題，應先查找PLC 和主控機的IP 進行PING 值測試。此測試是為了檢測PLC 與主控機之間的傳輸是否異常。若PLC 與中控室主控機連接異常，應馬上檢查自中控室到現場配電室中配電柜的網線是否連接完好，配電室中的交換機是否正常工作。注：此檢測方法在遇到wincc 組態界面出現一片數據灰色并且無實時傳輸時同樣可用。

③若通訊完好，下一步需要對PLC 的接口進行檢測，PLC 的AI/O 接口異常也是常見現象。可以嘗試使用一個空白的AI/O 接口，使用空白端子之前需對程序的讀取的原端子數據地址進行修改。如圖三所示，原程序中以piw272 作為基質泵溫度參數讀取的數據地址，首先找到在PLC 的拓展AI/O 端子模塊中找到一個空白端子在step7 中搜索使用過的端子避免重復。找好空白端子，對如四中的PIW272 修改（如圖四所示）成PIW414。此后應對現場到PLC 段的接線進行修改，找到配電房中的配電柜，找到PIW272 對應的端子將進線改到PIW414 對應的端子。以上步奏完畢后打開Wincc 查看中控室的基質泵溫度是否恢復正常。若恢復正常則證明PLC 中的AI/O 拓展模塊中的AI2.0 端口損壞。

④若問題依然存在，則進一步對西門子組態Wincc （windows control center———視窗控制中心是西門子控制系統中的人機界面組件，在此組件中可以自行編輯所有生產過程中所需的參數顯示，設備控制以及異常報警）進行排查。在Wincc 和STEP7 建立的連接中，所有PLC 收集到的數據都可以經過程序進行編譯，修改和換算。而這些經過處理之后的數據都由Wincc 這個組態平臺最終展現在Wincc 界面中。此間Wincc 需要PLC 供所有的數據參考，這就是Wincc 和step7 之間建立的通訊。

打開wincc 在圖形編輯界面找到基質泵溫度顯示塊。找到其所使用的PLC 內部數據塊DB2 中的DBD8，此數據塊地址存儲的數據即為基質泵溫度。在程序中查找DB2.DBD8 進行運行測試，以推測是否是數據塊存儲發生錯誤。若數據異常，參照C 中修改方式進行硬件和軟件同時修改數據塊地址的做法。(如圖5)

3.3 測量溫度與實際溫度有誤差（超過10%）
在實際生產中溫度變送器會出現與實際溫度有誤差的情況。此情況下可通過step7 對程序進行微量調整。如上所說，在溫度變送器的量程范圍（0℃~150℃）與PLC 內部數據（0~27648）相對應。若知道實際溫度與誤差溫度即可計算出偏差量進行微量調整。公式如下：

接著對程序最大量程修改為TMax ，即可讓溫度回復正常數值。
注：此方法僅在程序上對溫度變送器的范圍值進行修改，并不能代替硬件故障的修復。若故障原因為熱電阻老化等因素不可用此方法解決。

3.4 其他故障分析
在我廠的江山乳化炸藥生產一車間炸藥生產線中出現制藥工房的油相儲罐溫度變送器在生產前準備工作時發現溫度變送器的顯示單元和中控室wincc 組態界面有數據卻沒有實時傳輸的現象。原因是由于在車間生產前油相儲罐留有殘料，若當天沒有及時使用或者清理，油相罐內的油料會凝固從而使溫度計不能通過熱電阻測量出新的油料的實際溫度。

解決辦法：在生產前做好充分的儲料罐保溫工作確保儲料罐內沒有凝固狀物體影響溫度變送器的測量。

4 結束語
一體化熱電阻溫度變送器是熱點式溫度傳感器與變送器的完美結合，實現對溫度的精確測量和控制。在炸藥生產行業的運用更是使其具備自動化、無人化、信息化的功能。然而去年來我廠江山乳化炸藥生產一車間炸藥生產線發生多起溫度變送器故障事故，對生產進度造成了不可低估的影響對熱電阻一體式溫度變送器的故障分析能夠讓我們進一步了解變送器的原理，從應用方式出發思考和分析故障原因，為提高生產效率和減少故障排查的時間打下基礎。