西门子6SL3210-1KE31 1UF1

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上海朕锌电气电气设备有限公司

较近连续接到几个Case，均反映PLC模块出现大量烧坏的情况，并且都是在造纸行业的用户出现类似的问题：
       较早反映该问题的一个用户是国内大的系统集成商之一，其设备在多个用户现场均出现某系列PLC模块烧坏的情况，并且模块的型号并不固定，也没有任何规律，该情况以及出现较长一段时间，现场也做过多种整改措施，始终未能发现并解决问题；
       而很快，一个造纸行业大客户也跟我们反映，他们用在现场的PLC模块自投产以来已经出现大量的被烧坏的情况……
       由于之前这些现场都做过整改或检查，但并没有发现问题的根源，因此大家都怀疑是否是现场存在EMC的问题，希望我们赴现场帮助查找问题出现的原因。
       为了搞清楚现场的情况，我们准备赴该较终用户的现场进行实际的检查。
       在赴现场之前，我查找了相关PLC模块的损坏报告，看是否是模板本身的存在缺陷，但并没有发现在某一段时间内有大面积的模块损坏的报告，也并没有看到德国总部有关于该模块存在产品问题的提示；而跟现场维护或项目工程师也有过交流，大家也都很有工程经验，都说不存在使用不当的情况。?
       看来只有在现场进行实地的检测了。
       经过一段长途跋涉，终于来到某造纸厂。尽管该企业已经采取了相应的环保措施，可纸厂周边的空气里，永远弥漫着复杂的气味……
       在现场，了解到实际生产线共有5条，配置基本相同，但问题多集中在其中的一条线，而其他几条线几乎没有出现过模块损坏的问题。
       这似乎预示着，现场一定存在某种原因，导致了模板出现烧坏的情况，否则应该所有的生产线都出问题才对。

       首先，我们来到控制室对出问题的MCC进行检查。
       可以看到，该MCC是一组电柜。按照现场维护工程师的介绍，该组电控柜内的ET200S模块多次出现损坏的情况。但其他生产线就没有出现类似的问题（图1）。

图1 模块常出问题的控制柜

        打开DP主站的电柜，可以看到主站为S7-400，而柜内PLC设备较少，且安装背板都是镀锌板，抗EMC特性较好。

 图2 PLC柜内部

柜内设备供电都是SITOP电源，自身的滤波效果较好，且接地都采用的较粗的接地电缆。

图3 柜内采用SITOP电源供电       图4 接地电缆较粗

     接下来，我又查看了其他柜体。其他几面柜子内部都是ET200S的DP从站，损坏的模块均来自这些柜子，这些损坏的ET200S模块类型并不固定，从接口模块到IO模块均有，因此没有明显的规律。
 

 图5 ET200S从站

     从ET200S从站自身的接线情况看，布线很规范（图6），线槽内也没有高压的动力电缆，因此也不存在电源线上的干扰耦合到信号线上的情况。

图6 布线很规范

     接下来我检查了现场总线。现场采用的是西门子Profibus现场总线，尽管现场并不存在总线通讯的问题，但ET200S的接口模板也曾经出现过损坏的情况，另外为了对总线通讯的情况进行了解，我对Profibus总线进行了检查。
    由于怀疑现场的DP电缆有问题，因此用户曾经更换过DP电缆。而通过颜色的对比，可以看到新旧电缆色差很大，旧电缆的颜色明显跟新电缆不同，这是由于现场的腐蚀性气体导致的（图7）。

图7 由于腐蚀性气体的存在，现场通讯电缆颜色变化明显

       之后我检查了Profibus通讯的波形和报文。

分别在主站侧和较远端的从站侧对Profibus的波形进行了检测（图9、10）。

图9 在主站CPU测得的波形        图10 在从站上测得的波形

     从波形图上，可以看到DP通讯的波形是比较完整的方波，波形上没有检测到干扰信号，电压也在正常的范围内，因此Profibus通讯物理层信号都是正常的。
     之后我又检查了通讯的报文，也没有发现通讯报文有任何错误发生。因此Profibus通讯应该都是正常的。
    到此刻为止，并没有发现有任何的问题，但我们在DP插头内部的接线上，可以看到有DP线芯变黑了，轻轻刮一下，可以将外部的黑色腐蚀层刮掉，可以看到内部的铜芯（图11）。
 

图11 DP线芯发现被腐蚀的情况

柜体安装和通讯似乎都没看出问题，那么会导致出现模块损坏的情况，一般来讲，大多就跟系统的供电有关了，比如电源部分对地短路等等。因此我用万用表检查了所有的SITOP电源的正、负极以及对地之间的电压（图12）。

 图12 SITOP电源的检查
  

         经过检查，没有发现有电源短路的情况。
         之后我们又检查了从站的电源上的干扰情况（图13）。

图13 ET200S的电源检查

图14 电源线上的干扰信号

从波形上看（图14），电源线上也不存在大的干扰。
而对于系统的接地，则是连接到了柜外的接地排上。由于建筑方面的原因，该接地排位于控制室的下面、距离地面较高的墙体上（图15）。

图15 接地排在控制室下面，但离地面很高
 

     我们来到室外，在地面上，看到了高处的接地排。尽管在远处，也可以看出该接地排已经完全变黑了，这应该也是由于现场的腐蚀性气体造成的。
     而我们检查其他几个控制系统所在的控制室时，发现下面都有一个密封层（图16），按照现场人员介绍，这也是为了有效的减少了腐蚀性气体进入控制室，而其他几个控制柜内还通过充入压缩空气，保证了柜内是正压，也能防止腐蚀性气体进入柜子。一不同的就是：出问题的系统的控制室下面没有采用密封的措施，柜内也没有充入正压。

图16  控制室下面有一个隔离层

     通过现场的检查，可以看到，现场并没有发现明显的EMC干扰的情况，但发现现场腐蚀性气体较为严重，并且根据对比，发现出现模块损坏的系统中，对于腐蚀性气体的防护措施比其他系统少（隔离层，柜内充压缩空气等），因此初步怀疑该系统中的模板损坏跟现场的腐蚀性气体有很大关系。
        因此，对于造纸行业的用户 来讲，腐蚀性气体很有可能是导致PLC模板大量损坏的原因之一。为了防止模块损坏的情况发生，这里特提出两点建议供大家参考：
1）现场采用采取腐蚀性气体的预防和隔离措施（例如：隔离控制室、控制柜内充入压缩空气防止腐蚀性气体进入等）。

2）建议可根据现场的腐蚀性气体的成分，考虑将现场的模板更换为更高级的模板或有防护功能的SIPLUS模板。该类模板符合IEC60721-3-3标准：