DCS模件通訊故障分析與解決

魏姝姝　劉巖巖　謝華

摘 要 江蘇華電昆山熱電采用南自maxDNA控制系統(tǒng)，用以控制鍋爐、公用系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備。本文主要介紹分析max DNA控制器和模件的通訊訪問(wèn)方式，包括通過(guò)BEM卡和敷設(shè)光纜的方式實(shí)現(xiàn)控制器和遠(yuǎn)程站的訪問(wèn)連接方式，并總結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行期間碰到模件地址無(wú)法訪問(wèn)時(shí)，從模件供電電壓、總線端接器、模件硬件、總線回路等角度分析解決的過(guò)程。

關(guān)鍵詞 maxDNA 模件 MaxPAC 控制器 總線

中圖分類號(hào)：TM5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）12-0003-02

1 maxDNA控制器和模件訪問(wèn)方式

1.1 maxDNA現(xiàn)場(chǎng)控制單元

江蘇華電昆山熱電有限公司單臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量為450M W，燃機(jī)使用GE 9FB機(jī)型，汽機(jī)為三壓、再熱、三缸、沖動(dòng)、抽凝式汽輪機(jī)，其中燃機(jī)和汽機(jī)控制系統(tǒng)均采用MARK6E控制系統(tǒng)，鍋爐、公用系統(tǒng)等均使用南自維美德maxDNA分散控制系統(tǒng)來(lái)控制。

maxDNA現(xiàn)場(chǎng)控制單元由maxDNA分散處理器、max PAC I/O模件、機(jī)架、電源、接線端子及機(jī)柜等組成。maxP AC輸入/輸出子系統(tǒng)是一系列輸入和輸出模塊，可連接maxDNA分散控制系統(tǒng)到外部世界過(guò)程控制信號(hào)的輸入和輸出。輸入/輸出模塊與分散處理器（DPU）一起安裝在maxPAC I/O機(jī)架中，常用的IOP382是8槽寬的maxPAC I/O機(jī)架組件，裝有I/O背板和邊緣連接器，用于連接I/O模件和24Vdc系統(tǒng)電源以及24Vdc和48Vdc回路電源。背板上還有用于I/O機(jī)架互聯(lián)的扁平電纜連接器，一個(gè)機(jī)架最多可以安裝8塊maxPAC I/O模件，其中控制器在機(jī)架上占用一個(gè)I/O模件槽位。

1.2 maxPAC總線訪址

maxPAC機(jī)架中的I/O模件是封閉型式的印刷電路板組件，每個(gè)模板的邊緣連接器提供與背板和I/O總線的接口，系統(tǒng)電源以及所需的現(xiàn)場(chǎng)電源也通過(guò)該邊緣連接器提供。模件通過(guò)背板上的總線連接器連接到I/O總線上與DPU進(jìn)行通訊，相鄰的兩個(gè)或多個(gè)機(jī)架采用扁平電纜，以菊花鏈的方式連接，以擴(kuò)展I/O總線到DPU支持的最大模件數(shù)，扁平電纜的連接方式應(yīng)使I/O電氣總線的總長(zhǎng)度最短[1]，機(jī)架兩端的I/O總線連接器可以使得總線完全通過(guò)所有的機(jī)架。I/O模件種類繁多、各有不同，但每塊卡都有十六進(jìn)制旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，設(shè)置每塊模件的基本地址，即第一通道地址，最多設(shè)置255個(gè)地址。為增強(qiáng)輸入輸出可靠性，I/O總線采用模件地址檢驗(yàn)的方法。

實(shí)際情況中，江蘇華電昆山熱電有限公司的尿素系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備距離主廠房較遠(yuǎn)，約有300米，DCS系統(tǒng)機(jī)柜在主廠房12米平臺(tái)處，考慮電纜走向，如尿素系統(tǒng)設(shè)備均敷設(shè)電纜至主機(jī)DCS控制系統(tǒng)處，敷設(shè)電纜約有400米。敷設(shè)電纜長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)線電阻大，毫安電流信號(hào)存在衰減的情況，且一旦電纜出現(xiàn)絕緣下降等問(wèn)題，敷設(shè)電纜難度大且處理時(shí)間長(zhǎng)。選擇使用遠(yuǎn)程I/O的方式，遠(yuǎn)程I/O是由一個(gè)放置在maxPAC機(jī)架中連接本地I/O總線的總線擴(kuò)展器BEM模件配合使用高可靠性和無(wú)電噪聲的光纜實(shí)現(xiàn)，在遠(yuǎn)程maxPAC機(jī)架上的另有一塊BEM模件，通過(guò)冗余光纜和置于本地I/O機(jī)架上的BEM連接，光纜兩端的ST連接器與BEM模件配接。此方式可將I/O總線擴(kuò)展到2000米遠(yuǎn)，任何DPU或DPU對(duì)都可以與本地和遠(yuǎn)程I/O通信。

IOP型I/O采用8位平行異步I/O總線，數(shù)據(jù)傳輸速率為10微秒，I/O總線接口采用集成電路以提高可靠性。對(duì)所有輸入和輸出進(jìn)行奇偶校驗(yàn)[2]，同時(shí)對(duì)輸出采用執(zhí)行前檢查的控制策略增強(qiáng)安全性。為了進(jìn)一步增強(qiáng)可靠性，I/O還采用了模件地址檢驗(yàn)和多重模件檢測(cè)檢驗(yàn)，總線故障檢測(cè)通過(guò)自動(dòng)證實(shí)每個(gè)模件的輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。I/O總線遠(yuǎn)離DPU的一端需安裝一個(gè)總線端接器，總線端接器是上拉電阻，用于改善I/O總線的集電極開(kāi)路信號(hào)的上升時(shí)間[3]。因此當(dāng)連接電纜較長(zhǎng)時(shí)，在DPU一端可能也需要加裝一個(gè)端接器監(jiān)視I/O總線出錯(cuò)，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)多的錯(cuò)誤，可嘗試增加一個(gè)端接器。

2 故障分析與解決

江蘇華電昆山熱電有限公司的DCS系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中碰到過(guò)訪問(wèn)不到的模件的問(wèn)題，報(bào)警描述為多地址重復(fù)，具體表現(xiàn)為一套本地機(jī)柜和遠(yuǎn)程擴(kuò)展柜中maxPAC不固定模件閃報(bào)離線，查看系統(tǒng)畫(huà)面，離線模件的測(cè)點(diǎn)顯示壞點(diǎn)，保持值為上一次健康值的狀態(tài)，設(shè)備就地按之前狀態(tài)運(yùn)行，但失去監(jiān)視，maxPAC模件上active狀態(tài)指示燈閃爍，I/O總線接口電路看門狗計(jì)時(shí)器控制active燈工作，如果模件在0.7秒內(nèi)未被掃描到，active燈會(huì)閃爍，對(duì)于這種故障處理，主要從以下幾個(gè)角度進(jìn)行分析解決。

1.模件供電電壓不穩(wěn)，I/O系統(tǒng)需要一個(gè)24/48±4.0Vdc的電源，該電源的+24/48V連接器插入I/O背板右側(cè)的24/48V連接器，江蘇華電昆山熱電有限公司的DCS機(jī)柜內(nèi)配電進(jìn)線電源為UPS電源和保安段電源，經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變?yōu)?4V或48V，通過(guò)切換裝置后供給模件。當(dāng)測(cè)量電壓發(fā)現(xiàn)電壓值偏低或偏高均可通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換模塊上的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。使電壓在要求的范圍內(nèi)，當(dāng)時(shí)檢查結(jié)果是測(cè)量電壓均正常穩(wěn)定。

2.增加總線端接器，它的主要作用是告訴控制器總線的終點(diǎn)，并發(fā)送反射信號(hào)給主控制器，因此每條電氣IO總線有兩個(gè)總線端接器。此處總線端接器起到上拉電阻的作用，主要用于鉗電位至高電平，IO總線出錯(cuò)，可考慮在總線末端增加一個(gè)總線端接器。當(dāng)時(shí)額外增加一塊總線端接器后，報(bào)警仍未消除。

3.模件本身的問(wèn)題，模件印刷電路板右上角的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)置每個(gè)I/O模件的地址，模件編址和模件物理位置完全沒(méi)有關(guān)系，是由設(shè)計(jì)者在規(guī)劃系統(tǒng)時(shí)確定。從報(bào)警本身分析，多地址重復(fù)即至少有兩塊卡地址沖突，我們根據(jù)時(shí)間順序?qū)⒂袉?wèn)題的模件記錄下來(lái)，先進(jìn)行更換本地柜中首次出現(xiàn)報(bào)警的模件，報(bào)警未消除;后更換遠(yuǎn)程柜出現(xiàn)報(bào)警的模件，報(bào)警未消除;同時(shí)更換兩個(gè)機(jī)柜中首次出現(xiàn)報(bào)警的模件，報(bào)警未消除;更換兩個(gè)機(jī)柜中所有出現(xiàn)多地址重復(fù)報(bào)警的模件，報(bào)警未消除;后將出現(xiàn)問(wèn)題的模件進(jìn)行地址排序，找出里面最小地址的前一個(gè)地址的模件，將該模件拔下后，報(bào)警消失，更換該模件后正常，判斷為模件硬件問(wèn)題。

在機(jī)組運(yùn)行中筆者還碰到過(guò)遠(yuǎn)程機(jī)柜中，整層模件離線的情況，裝配模件較多的機(jī)柜有四層，分別為4、5、6、7層，其中5、6、7層模件全部離線，并保持這一狀態(tài)。這一情況首先懷疑為卡件的扁平電纜連接出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)閷优c層之間的總線連接依賴于扁平電纜，更換4和5層之間的扁平電纜后報(bào)警未消除，懷疑為機(jī)籠背板上硬件出現(xiàn)問(wèn)題。改變扁平電纜的連接方式，將扁平電纜直接從第4層直接連到第6層，報(bào)警消除，判斷為第5層機(jī)籠背板硬件問(wèn)題，后續(xù)更換新機(jī)籠并恢復(fù)原來(lái)的總線連接方式，連接方式變化如圖1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了maxDNA分散控制系統(tǒng)控制器和模件之間的總線連接方式以及故障排除方法，希望對(duì)其他類似連接方式的系統(tǒng)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王先培.測(cè)控總線與儀器通訊技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 崔超超，張瑩，沈東生，崔逸群.火力發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)調(diào)試難點(diǎn)分析與研究[J].中國(guó)電力，2017，50（12）：101-105.

[3] 朱寶春，程陽(yáng).現(xiàn)場(chǎng)總線常見(jiàn)通訊故障原因分析與處理[C].江西：2018年江西省電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集江西省電機(jī)工程學(xué)會(huì)專題資料匯編，2019-04-01：299-301.