張偉超 王琪 齊乃輝 許文飛

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2103-5042-2388

摘? 要：玻璃珠供料裝置作為高放廢液玻璃固化工程的核心設(shè)備之一，在調(diào)試過程中報“存儲打印故障”，自動流程中止，且無法按照《設(shè)備維修手冊》進行復(fù)位，影響工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運行。通過對用戶程序邏輯、通信組態(tài)及連接、硬件模塊等方面的逐步排查分析，確定該故障與用戶程序邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)。為保證玻璃珠供料裝置的連續(xù)可靠運行，可通過屏蔽打印功能、在線監(jiān)視程序并手動復(fù)位相關(guān)變量或修改用戶程序進行自動復(fù)位3個角度解決問題。該文可為采用西門子S7-300通過CP340模塊實現(xiàn)外圍設(shè)備串行通信的控制系統(tǒng)的故障排查及處理提供一些參考。

關(guān)鍵詞：玻璃珠供料裝置? CP340? S7-300? 故障分析處理

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（b）-0053-03

Analysis and Solution for "Storage Print Failure" of Glass Bead Feeding Device

ZHANG Weichao? WANG Qi? QI Naihui? XU Wenfei

（East China Branch of China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.， Jiaxing， Zhejiang Province， 314300 China）

Abstract： As one of the core equipment of high level liquid waste （HLW） glass solidification project， the glass bead feeding device reported "storage and printing failure" during commissioning， which automatically stopped the process and could not be reset according to the equipment maintenance manual， which affected the stable operation of the process system. Through the gradual investigation and analysis of user program logic， communication configuration and connection， hardware module and other aspects， it is determined that the fault is related to the user program logic is not rigorous. In order to ensure the continuous and reliable operation of the glass bead feeding device， the problems can be solved by shielding the printing function， on-line monitoring program and manually reset the relevant variables or modifying the user program for automatic reset. This paper can provide some reference for the troubleshooting and treatment of the control system which uses Siemens S7-300 to realize serial communication of peripheral equipment through CP340 module.

Key Words： Glass bead feeding device; CP340; S7-300; Fault analysis and treatment

玻璃珠供料裝置（下文簡稱供料裝置）是陶瓷電熔爐玻璃固化技術(shù)路線的核心設(shè)備之一，通過有序控制整套裝置中的稱重單元、氣動閥門、鎖室等相關(guān)設(shè)備，可實現(xiàn)對玻璃珠的稱重及下料量的精準(zhǔn)控制，配合一定比例的廢液加入到熔爐，得到合格的熔融玻璃體。供料裝置自動運行時在下料完成后即進行下個批次的備料工作。在完成稱重備料后，控制系統(tǒng)將玻璃珠已下料總量、當(dāng)前稱重量、當(dāng)前批次、當(dāng)前時間和日期等重要數(shù)據(jù)發(fā)送到熱敏打印機進行就地打印。

1? 故障現(xiàn)象

根據(jù)值班人員反饋，在熔爐正常運行時，巡檢發(fā)現(xiàn)供料裝置就地?zé)崦舸蛴C缺紙報錯，但供料裝置仍能正常工作。在授權(quán)進行熱敏打印機卷紙更換后，按照《設(shè)備維護手冊》進行故障確認(rèn)并執(zhí)行相應(yīng)復(fù)位操作。重新啟動玻璃珠備料程序，在稱重完成時，供料裝置立即報錯，彈出“存儲打印故障”消息，供料裝置自動流程中止。多次執(zhí)行維護手冊中的復(fù)位操作甚至將供料裝置斷、復(fù)電都無法消除該故障。由于無法繼續(xù)精準(zhǔn)控制玻璃珠的下料量，整個玻璃固化工藝被迫由運行轉(zhuǎn)入空載[1-2]。

2? 排查分析

供料裝置的控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列，通過CP340模塊實現(xiàn)CPU和熱敏打印機之間的通信。

從CPU中上載用戶程序在線監(jiān)視，定位“存儲打印故障”的變量點為M16.0，由邏輯確認(rèn)，在備料稱重完成后的10 s內(nèi)該點未正確置位，觸發(fā)該故障，進而導(dǎo)致供料裝置因自動流程條件不再滿足而中止，備料流程示意如圖1所示。

導(dǎo)致備料流程稱重完成后10 s超時故障存在3種情況：（1）用戶程序無法將6步運行數(shù)據(jù)順利寫入到通信參數(shù)塊;（2）CP340無法將參數(shù)塊內(nèi)運行數(shù)據(jù)順利發(fā)送給打印機;（3）CP340和打印機存在硬件故障。

2.1 數(shù)據(jù)通過用戶程序?qū)懙絽?shù)塊排查

2.1.1 現(xiàn)象一：打印機缺紙時仍正常供料

打印機帶有繼電器輸出端口，在當(dāng)缺紙、無紙或前面板打開時，常開觸點導(dǎo)通，執(zhí)行跳出數(shù)據(jù)存儲打印邏輯并置位M16.0。由此可知，打印機缺紙直至打開前面板更換卷紙期間，故障狀態(tài)得到保持，不影響M16.0的10 s內(nèi)置位要求，供料裝置不會停止自動流程，區(qū)別正常自動流程的是就地打印機不再逐批次地打印運行數(shù)據(jù)。與故障現(xiàn)象描述一致。

2.1.2 現(xiàn)象二：在更換卷紙后的第一個備料批次稱重完成時報錯停運

根據(jù)用戶程序，稱重完成瞬間觸發(fā)M16.2為1。計數(shù)值MW18在M16.2為1、M16.3為1、M16.5為0的條件下，無法執(zhí)行步驟計數(shù)MW18加1算法，如圖2所示。主程序OB1循環(huán)掃描并刷新，對應(yīng)存儲打印功能的定時器繼續(xù)執(zhí)行10 s定時，未刷新出M16.0的置位狀態(tài)，進而觸發(fā)“自動流程條件”M16.6的復(fù)位邏輯，供料裝置停止運行。

另外，變量M16.2和M16.3處于CPU組態(tài)的斷電保持區(qū)，無法通過斷、復(fù)電進行復(fù)位，用戶程序陷入邏輯死循環(huán)，運行數(shù)據(jù)無法寫給通訊參數(shù)塊。與故障現(xiàn)象描述一致。供料裝置“存儲打印故障”與用戶程序邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)。分析用戶程序，變量的運行時序如圖3所示。

2.2 CP340到打印機的存儲數(shù)據(jù)發(fā)送排查

組態(tài)CP340模塊為ASCII協(xié)議驅(qū)動，通信速率為9 600 bps，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，選用“字符時間延遲結(jié)束”的接收結(jié)束方式，延遲時間默認(rèn)4 ms，無數(shù)據(jù)流控制。組態(tài)未設(shè)置緩沖區(qū)大小，為保證數(shù)據(jù)完整交換，發(fā)送到打印機的6個循環(huán)數(shù)據(jù)，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)陌l(fā)送間隔。根據(jù)“發(fā)送間隔>[（起始位+數(shù)據(jù)位+停止位+校驗位）/傳輸速率]×1000×字節(jié)數(shù)+延遲時間”的設(shè)置規(guī)則，以最大的48 Byte的數(shù)據(jù)量計算最小時間間隔為54 ms，而在控制系統(tǒng)邏輯程序中設(shè)置的啟動發(fā)送間隔為500 ms，滿足數(shù)據(jù)交換的時間要求[3-4]。

熱敏打印機被集成到控制系統(tǒng)機柜上，采用RS-232C串行通信協(xié)議，通信電纜為9針D型插頭連接，采用的是最簡單的收、發(fā)和接地的三針腳連接方式。

經(jīng)分析確認(rèn)通信模塊與通信電纜組態(tài)、連接正常，存儲到通信參數(shù)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)可以正常發(fā)送到打印機，與“存儲打印故障”無關(guān)。

2.3 CP340與打印機硬件排查

在線對CP340模塊硬件診斷，模塊工作正常。為確認(rèn)該模塊良好，將相鄰、型號一致且用于其他設(shè)備通信的CP340進行交叉驗證。更換后，其他設(shè)備數(shù)據(jù)能夠正常與CPU交換。手動測試熱敏打印機，打印動作正常[5]。

3? 處理方法

針對上述排查與分析可知，若棄用打印功能，則可通過修改硬接線強制I0.0為1實現(xiàn)供料裝置的自動流程不被影響;若保留打印功能，可確定2個處理方法：（1）在線監(jiān)視用戶程序，并手動復(fù)位相關(guān)變量狀態(tài);（2）增加用戶程序段進行故障后的自動復(fù)位。

3.1 在線監(jiān)視、復(fù)位相關(guān)變量點

若供料裝置出現(xiàn)故障，且無法通過《設(shè)備維護手冊》的復(fù)位操作恢復(fù)時，可將編程設(shè)備在線連接CPU，在線監(jiān)視用戶程序，并手動復(fù)位錯誤置位的中間變量M16.2和M16.3，再次執(zhí)行《設(shè)備維護手冊》的復(fù)位操作，供料裝置可恢復(fù)正常運行[6]。

3.2 修改用戶程序進行故障自動復(fù)位

修改用戶程序，可使供料裝置在出現(xiàn)“存儲打印故障”時，自動復(fù)位。當(dāng)打印機無故障，稱重完成且10 s內(nèi)未完成數(shù)據(jù)的存儲打印，將觸發(fā)①號邏輯，無論當(dāng)前故障出現(xiàn)在數(shù)據(jù)存儲步驟1到5中的哪一步，都能夠?qū)16.3、M16.5和MW18的值進行復(fù)位;當(dāng)打印機缺紙報錯，且更換卷紙完畢，I0.0的下降沿邏輯觸發(fā)，執(zhí)行②號邏輯，將M16.3、M16.5和MW18的值進行復(fù)位，如圖4所示，供料裝置可恢復(fù)自動流程。

4? 結(jié)語

通過對供料裝置的用戶程序、通信組態(tài)及連接、硬件模塊等方面的排查分析，確定了“存儲打印故障”與用戶程序邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)。為解決該問題，可通過在線監(jiān)視程序并手動復(fù)位變量、修改用戶程序進行自動復(fù)位或屏蔽打印功能等角度進行處理，保證供料裝置連續(xù)可靠的運行。該文可對采用西門子S7-300通過CP340模塊實現(xiàn)外圍設(shè)備串行通信的控制系統(tǒng)的故障排查及處理提供一些參考。

參考文獻

[1] 楊宇，段有艷，王旭，等.基于S7-PLCSIM的S7-1200PLC仿真調(diào)試方法探析[J].昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報，2019，35（5）：64-67.

[2] 楊浩，張兵.西門子S7-1200portal軟件與S7-PLCSIM仿真軟件聯(lián)合應(yīng)用研究[J].黑龍江科學(xué)，2020，11（24）：33-35.

[3] 劉明澤，吳何畏，周靖航，等.基于S7-1200PLC的電梯群控系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J].工業(yè)控制計算機，2019，32（3）：129-130，132.

[4] 張偉，周鵬飛.基于S7-300PLC和WinCC組態(tài)軟件的自動打料控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2020（3）：99-102.

[5] 廖斌，楊書儀.基于PLC與組態(tài)軟件的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2020，17（9）：92-93，95.

[6] 楊玉清.基于組態(tài)軟件的DMF回收智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2017.