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 現場控制單元

江蘇華電昆山熱電有限公司單臺機組裝機容量為450M W，燃機使用GE 9FB 機型，汽機為三壓、再熱、三缸、沖動、抽凝式汽輪機，其中燃機和汽機控制系統均采用MARK6E控制系統，鍋爐、公用系統等均使用南自維美德MaxDNA分散控制系統來控制。

MaxDNA 現場控制單元由MaxDNA 分散處理器、Max PAC I/O 模件、機架、電源、接線端子及機柜等組成。MaxP AC 輸入/輸出子系統是一系列輸入和輸出模塊，可連接MaxDNA 分散控制系統到外部世界過程控制信號的輸入和輸出。輸入/輸出模塊與分散處理器（DPU）一起安裝在MaxPAC I/O 機架中，常用的IOP382 是8 槽寬的MaxPAC I/O 機架組件，裝有I/O 背板和邊緣連接器，用于連接I/O 模件和24Vdc 系統電源以及24Vdc 和48Vdc 回路電源。背板上還有用于I/O 機架互聯的扁平電纜連接器，一個機架最多可以安裝8 塊MaxPAC I/O 模件，其中控制器在機架上占用一個I/O 模件槽位。

1.2 MaxPAC 總線訪址

MaxPAC 機架中的I/O 模件是封閉型式的印刷電路板組件，每個模板的邊緣連接器提供與背板和I/O 總線的接口，系統電源以及所需的現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 進行通訊，相鄰的兩個或多個機架采用扁平電纜，以菊花鏈的方式連接，以擴展I/O 總線到DPU 支持的最大模件數，扁平電纜的連接方式應使I/O 電氣總線的總長度最短[1]，機架兩端的I/O 總線連接器可以使得總線完全通過所有的機架。I/O 模件種類繁多、各有不同，但每塊卡都有十六進制旋轉開關，設置每塊模件的基本地址，即第一通道地址，最多設置255 個地址。為增強輸入輸出可靠性，I/O 總線采用模件地址檢驗的方法。

實際情況中，江蘇華電昆山熱電有限公司的尿素系統相關設備距離主廠房較遠，約有300 米，DCS 系統機柜在主廠房12 米平臺處，考慮電纜走向，如尿素系統設備均敷設電纜至主機DCS 控制系統處，敷設電纜約有400 米。敷設電纜長度過長，導線電阻大，毫安電流信號存在衰減的情況，且一旦電纜出現絕緣下降等問題，敷設電纜難度大且處理時間長。選擇使用遠程I/O 的方式，遠程I/O 是由一個放置在MaxPAC 機架中連接本地I/O 總線的總線擴展器BEM 模件配合使用高可靠性和無電噪聲的光纜實現，在遠程MaxPAC 機架上的另有一塊BEM 模件，通過冗余光纜和置于本地I/O 機架上的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 總線擴展到2000 米遠，任何DPU 或DPU 對都可以與本地和遠程I/O 通信。

IOP 型I/O 采用8 位平行異步I/O 總線，數據傳輸速率為10 微秒，I/O 總線接口采用集成電路以提高可靠性。對所有輸入和輸出進行奇偶校驗[2]，同時對輸出采用執行前檢查的控制策略增強安全性。為了進一步增強可靠性，I/O 還采用了模件地址檢驗和多重模件檢測檢驗，總線故障檢測通過自動證實每個模件的輸入數據實現。I/O 總線遠離DPU的一端需安裝一個總線端接器，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的上升時間[3]。因此當連接電纜較長時，在DPU 一端可能也需要加裝一個端接器監視I/O 總線出錯，如果系統中出現過多的錯誤，可嘗試增加一個端接器。

2 故障分析與解決

江蘇華電昆山熱電有限公司的DCS 系統在運行過程中碰到過訪問不到的模件的問題，報警描述為多地址重復，具體表現為一套本地機柜和遠程擴展柜中MaxPAC 不固定模件閃報離線，查看系統畫面，離線模件的測點顯示壞點，保持值為上一次健康值的狀態，設備就地按之前狀態運行，但失去監視，MaxPAC 模件上Active 狀態指示燈閃爍，I/O總線接口電路看門狗計時器控制Active 燈工作，如果模件在0.7秒內未被掃描到，Active燈會閃爍，對于這種故障處理，主要從以下幾個角度進行分析解決。

1.模件供電電壓不穩，I/O 系統需要一個24/48±4.0Vdc的電源，該電源的+24/48V 連接器插入I/O 背板右側的24/48V連接器，江蘇華電昆山熱電有限公司的DCS 機柜內配電進線電源為UPS 電源和保安段電源，經過電源轉換模塊轉變為24V 或48V，通過切換裝置后供給模件。當測量電壓發現電壓值偏低或偏高均可通過電壓轉換模塊上的旋鈕進行調節。使電壓在要求的范圍內，當時檢查結果是測量電壓均正常穩定。

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，并發送反射信號給主控制器，因此每條電氣IO 總線有兩個總線端接器。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，可考慮在總線末端增加一個總線端接器。當時額外增加一塊總線端接器后，報警仍未消除。

3.模件本身的問題，模件印刷電路板右上角的旋轉開關設置每個I/O 模件的地址，模件編址和模件物理位置完全沒有關系，是由設計者在規劃系統時確定。從報警本身分析，多地址重復即至少有兩塊卡地址沖突，我們根據時間順序將有問題的模件記錄下來，先進行更換本地柜中首次出現報警的模件，報警未消除；后更換遠程柜出現報警的模件，報警未消除；同時更換兩個機柜中首次出現報警的模件，報警未消除；更換兩個機柜中所有出現多地址重復報警的模件，報警未消除；后將出現問題的模件進行地址排序，找出里面最小地址的前一個地址的模件，將該模件拔下后，報警消失，更換該模件后正常，判斷為模件硬件問題。

在機組運行中筆者還碰到過遠程機柜中，整層模件離線的情況，裝配模件較多的機柜有四層，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。這一情況首先懷疑為卡件的扁平電纜連接出現問題，因為層與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警未消除，懷疑為機籠背板上硬件出現問題。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，報警消除，判斷為第5 層機籠背板硬件問題，后續更換新機籠并恢復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 結語

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