运用PDCA理论解决芬兰VACON变频器与罗克韦尔PLC的通讯故障

摘要：文章主要介绍了同煤国电同忻煤矿快速装车站的VACON变频器与罗克韦尔PLC组成DeviceNet网络的控制结构，详细分析了实际运行中VACON变频器与PLC出现通讯故障的多种原因，并运用戴明PDCA理论，逐一分析排除，取得了成功。

关键词：PDCA；变频器；PLC；DEVICENET；总线

中图分类号：R197 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0041-02

1 概述

1.1 戴明PDCA理论

PDCA循环又称为“戴明环”。PDCA循环是能使任何一项活动有效进行的一种合乎逻辑的工作程序，P、D、C、A四个字母所代表的意义如下：

P（plan）计划。包括方针和目标的确定以及活动计划的制定。

D（do）执行。执行就是具体操作，实现计划中的

内容。

C（check）检查。就是要总结执行计划的结果，分清哪些对了、哪些错了，明确效果，找出问题。

A（action）行动。对总结检查的结果进行处理，对于成功的经验加以肯定，并予以标准化，便于以后工作时遵循；对于失败的教训也要总结，以免重现。对于没有解决的问题，应提给下一个PDCA循环中去解决。

1.2 同忻矿快速装车系统简介

同忻矿位于大同市西南约20千米，大同煤田北东部，设计生产能力1000万吨/年，矿井服务年限70年，是同煤集团继塔山矿井之后的又一座现代化特大型矿井，装车站位于同忻矿正南约2千米处，由美国泰戈特公司承建，于2009年9月建成投产，它由储煤系统、输煤系统、装车系统三部分组成，是同忻矿地面储洗装运系统的重要组成部分。同忻矿装车精煤输送皮带751带宽2000毫米，带长508米，带速4米/秒，最大能力6000吨/时，采用三台500kW电机中部驱动，液压拉紧方式。24台仓下给料机，单台最大能力1000吨/时。其中有6台采用芬兰瓦萨控制系统有限公司生产的VACON变频器，总线控制方式，可最大程度满足精煤的及时供应。装车控制系统使用美国Rockwell公司的Logix5561可编程控制器，它支持ControlNet、DH+、RIO、Ethernet和Modbus等多种通讯协议标准。上位机采用两台研华工控机组成，下位机机采用Rockwell公司的ControlLogix型的L5561PLC。变频器控制采用DeviceNet网络，但在使用过程中，经常出现变频器与PLC的通讯故障，造成变频器短时失控，给正常装车造成很大的事故隐患。

2 研究内容

2.1 VACON变频器的结构

变频器是应用变频技术制造的一种静止的频率变换器，它是利用半导体的通断作用将频率固定的交流电（通常为工频50Hz的三项或多项）交换成频率连续可调的交流电的电能控制装置。它的结构见图1：

2.2 VACON变频器的性能参数

型号：NXS00186G2LOSSSA1A200C700

功率：15kW

电压等级：525～640V

最大启动电流：2.5lct

最大启动转矩：200%

开环精度：0.5%

控制方式：u/f

2.3 VACON变频器的控制方式

VACON变频器的控制方式有三种，分别是面板、I/O端子和总线三种方式。面板控制适用于变频器的单机调试和故障处理；在集中控制中最常用的是I/O端子和总线方式，I/O端子控制方式简单，计算机集中控制组网采用ControlNet网络结构，输入输出信号由数字量模块和模拟量模块采集控制，适用于顺序控制、过程控制等大部分场合；总线方式接线简单，计算机集中控制组网采用DeviceNet网络结构，利用特殊的软件可以完成变频器几乎全部的控制功能。

2.4 PDCA理论在本故障案例中的应用

2.4.1 因果分析。2010年12月5日～2011年1月15日这段时间我们对VACON变频器与罗克韦尔PLC出现通讯故障，偶尔失控的现象进行了认真的调查，并进行了因果分析，见图3：

2.4.2 要因确认。为了能够准确找出引发VACON变频器通讯故障，偶尔失控的主要因素，我们对因果图运用现场调查法进行了因果分析，见表1：

2.4.3 制定对策。针对分析出的三项主要原因，我们确定了对策，见表2。

2.4.4 对策实施：

（1）现场电磁干扰。2月1日，我们对整个装车控制系统的接地进行了仔细检查，要求机架接地电阻不大于2欧姆，Control网同轴电缆屏蔽层一端接地，另一端悬空，同时与动力电缆分开吊挂，难以分开吊挂的地方穿镀锌铁管加以屏蔽，整个控制系统供电均使用隔离变压器，各远程控制分站的接地良好，接地电阻不大于2欧姆。

（2）变频器优化参数设置。2月6日，我们对变频器和PLC进行总线模式的设定，先设置变频器。

M3P3.1默认为“I/O端子”，改为“总线”

地址与波特率设定。

M7G7.4G7.4.1G7.4.1.1 修改地址（默认为63，根据连接设备名称修改为1～8）G7.4.1.2 修改波特率（默认为125K，保持不变）

硬件修改完成，DNB模块指示灯全部为绿色。然后进行PLC软件设置。

第一步，在RSLINX软件中启动扫描，认出所有变频器设备，开始可能打问号，证明硬件连接正常。第二步，安装变频器EDS文件“C7_NXFIFF0X_2[1].EDS”，消除问号。第三步，打开RsNeteworks for DeviceNet软件，选择online，扫描所有模块。第四步，在RsNeteworks for DeviceNet软件的菜单中DeviceProperties，选择upload，导入模块地址变量。第五步，在Rslogix5000软件中，I.Data[].0对应“故障”，I.Data[].2对应“运行”，I.Data[].4对应“就绪”，I.Data[].16～31对应“读入频率”，O.Data[].0对应“启动”，O.Data[].5对应“启动”，O.Data[].6对应“启动”，O.Data[].16～31对应“写出频率”。

（3）D网干扰。2月8日，我们在DeviceNet网络主干线的两端各安装1个120欧姆的终端电阻，防止外部噪声对网络的干扰。2月9日，PDCA循环全部结束，VACON变频器和PLC的通讯再没有出现故障，目前装车控制系统运行正常、操作可靠，达到了预期的目标。

3 结语

随着微电子和计算机技术的发展，煤矿自动化发展趋势逐步向综合调度指挥控制、智能化和管控一体化方向发展，罗克韦尔现场总线Netlinx网络的出现，极大拓展了煤矿综合自动化控制的水平。同忻矿面对网络干扰和不同厂商产品间的兼容性这一工控领域中的棘手问题，通过对罗克韦尔Netlinx集成架构技术和对VACON变频器结构参数的深入了解，运用戴明PDCA理论，依靠自主创新，成功地消除了干扰，改善了DeviceNet网络的工业性能，提高了该矿装车自动化控制系统的技术水平，为该矿高产快运、快速发展提供了强大的技术装备支撑。

作者简介：王冬波（1971—），男，山西大同人，大同煤矿集团公司同忻矿高级工程师，研究方向：煤矿综合电气自动化的应用。