DCS 模件通訊故障分析與解決

魏姝姝 劉巖巖 謝 華

（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇 昆山 215300）

1 MaxDNA 控制器和模件訪問方式

1.1 MaxDNA 現(xiàn)場控制單元

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)來控制。

MaxDNA 現(xiàn)場控制單元由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)場電源也通過該邊緣連接器提供。模件通過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)電纜長度過長，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)絕緣下降等問題，敷設(shè)電纜難度大且處理時(shí)間長。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)和多重模件檢測檢驗(yàn)，總線故障檢測通過自動(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 總線的集電極開路信號(hào)的上升時(shí)間[3]。因此當(dāng)連接電纜較長時(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)行過程中碰到過訪問不到的模件的問題，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)畫面，離線模件的測點(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)過電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變?yōu)?4V 或48V，通過切換裝置后供給模件。當(dāng)測量電壓發(fā)現(xiàn)電壓值偏低或偏高均可通過電壓轉(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.模件本身的問題，模件印刷電路板右上角的旋轉(zhuǎn)開關(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袉栴}的模件記錄下來，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，判斷為模件硬件問題。

在機(jī)組運(yùn)行中筆者還碰到過遠(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)籠背板硬件問題，后續(xù)更換新機(jī)籠并恢復(fù)原來的總線連接方式，連接方式變化如圖1 所示。

圖1 扁平電纜連接方式

3 結(jié)語

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。