科技館展項(xiàng)中控故障及排除

侯 勇

（阜陽市科學(xué)技術(shù)館，安徽阜陽 236000）

0 引言

阜陽市科技館是“十三五”期間投資建設(shè)的重點(diǎn)民生工程和綜合科普?qǐng)鲳^，于2021 年6 月18 日正式開館，建筑面積約14 000 m2，展教面積約7000 m2，共5 層，以“天地、人、科技”為主題，設(shè)有五大常設(shè)展廳12 個(gè)展區(qū)，共計(jì)展品268 件。展品展項(xiàng)設(shè)置充分體現(xiàn)現(xiàn)代科技館教育的基本特征和創(chuàng)新趨勢(shì)，發(fā)揮了科普教育提高公民科學(xué)素質(zhì)的功能，并彌補(bǔ)了阜陽市沒有此類型場(chǎng)館的不足。

1 故障表現(xiàn)

科技館展項(xiàng)中央控制臺(tái)是整個(gè)科技館的控制中樞，負(fù)責(zé)整個(gè)場(chǎng)館所有展項(xiàng)的運(yùn)行操控，如果出現(xiàn)故障對(duì)整個(gè)場(chǎng)館的正常運(yùn)行影響十分巨大。近來在正常開、閉館展項(xiàng)操作時(shí)，中控電源控制軟件出現(xiàn)4 樓某一片區(qū)展項(xiàng)大面積電源通、斷電狀態(tài)顯示異常的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為此片區(qū)展項(xiàng)大部分不能正常通、斷電，進(jìn)而導(dǎo)致展項(xiàng)不能正常執(zhí)行開啟和關(guān)閉動(dòng)作。故障涉及的展項(xiàng)相對(duì)固定集中在某特定區(qū)域，且具有隨機(jī)性，每次執(zhí)行操作影響的展項(xiàng)都有可能不同，即使多次執(zhí)行通、斷電操作也不能保證對(duì)應(yīng)區(qū)域的展項(xiàng)能正常通、斷電，影響展項(xiàng)正常開啟。故障造成的后果輕則部分展項(xiàng)打不開、影響展教效果，重則局部區(qū)域大面積展項(xiàng)不能工作、導(dǎo)致展教事故。

2 故障分析

由于每次操控展項(xiàng)時(shí)涉及的特定區(qū)域內(nèi)并不是所有展項(xiàng)通、斷電不正常，有一部分展項(xiàng)是能正常通、斷電的，并且每次展項(xiàng)故障出現(xiàn)有一定隨機(jī)性，所以初步判斷故障是電路控制器接觸不良、斷路或者控制信號(hào)線路部分不通、接觸不良、傳輸信號(hào)質(zhì)量變差，導(dǎo)致控制信號(hào)不能準(zhǔn)確到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或不能驅(qū)動(dòng)控制器動(dòng)作。由于從總控制臺(tái)到故障展項(xiàng)線路較長、中間環(huán)節(jié)眾多，具體故障原因還需進(jìn)一步排查。

3 故障排除

本著先易后難、先簡單后復(fù)雜的原則，逐步實(shí)施故障排除。

3.1 檢查控制器

（1）排查出現(xiàn)故障的樓層展項(xiàng)動(dòng)力柜內(nèi)控制器是否工作正常。由于故障表現(xiàn)為部分展項(xiàng)不能正常供電，也就是部分電路不通，最簡單的可能原因是控制器短路。一般電器短路可能是控制器內(nèi)接觸器觸頭由于接觸不良或負(fù)載過大導(dǎo)致電弧擊穿絕緣介質(zhì)，使絕緣失效，電路短路電流燒毀保險(xiǎn)絲或觸發(fā)過流保護(hù)動(dòng)作，從而造成電路不通。電器短路極易引起燒毀電器元件進(jìn)而引起火災(zāi)。但本文中故障表現(xiàn)為部分展項(xiàng)不規(guī)律隨機(jī)通電，而短路會(huì)形成固定的斷路，所以可以排除電器短路觸發(fā)保護(hù)斷開電路的可能。

（2）控制器斷路。控制器斷路的原因一般是控制器內(nèi)接觸器觸頭接觸不良。由于控制器工作環(huán)境惡劣，觸頭被空氣氧化、受有害氣體侵蝕或被灰塵油污污染，在觸頭處形成不導(dǎo)電的膜層，導(dǎo)致電路接觸不良，電流不能導(dǎo)通形成斷路。可能的原因還有振動(dòng)引起控制器接線螺釘松脫、焊點(diǎn)脫焊等。控制器斷路引起的開關(guān)不良故障影響范圍、位置比較固定，與此故障現(xiàn)象表現(xiàn)出的隨機(jī)性不符，排除此種可能。

檢查從電源進(jìn)入總控制器的各路空氣開關(guān)斷路器、控制器是否存在異常，如破裂、雜聲、異味、過熱等現(xiàn)象，再用多用表檢查，必要時(shí)斷電檢查操作開關(guān)的位置以及控制機(jī)構(gòu)、調(diào)整裝置及聯(lián)鎖信號(hào)裝置等。對(duì)控制器進(jìn)行全面檢查，各部件都表現(xiàn)正常，由于只是部分展項(xiàng)不能正常工作且存在隨機(jī)性，所以強(qiáng)電控制器也沒有明顯的功能損壞現(xiàn)象，初步排除了控制器故障。

3.2 檢查控制信號(hào)線路通斷情況

初步排除了動(dòng)力柜控制電器設(shè)備故障后，根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能的原因，對(duì)可疑位置進(jìn)行檢查，特別是被認(rèn)為最有可能存在故障的區(qū)域。要注意這個(gè)階段應(yīng)盡量避免對(duì)設(shè)備做不必要的拆卸，防止因操作不當(dāng)導(dǎo)致的故障擴(kuò)大。不要輕易對(duì)控制器進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)樵诠收衔磁懦那闆r下盲目調(diào)整可能掩蓋表象，但隨著故障程度的發(fā)展而使故障現(xiàn)象重新出現(xiàn)，甚至可能造成更嚴(yán)重的故障。所以，必須避免盲目維修，防止操作不當(dāng)造成的故障復(fù)雜化，避免故障疊加導(dǎo)致故障現(xiàn)象混亂，延長排除故障的時(shí)間。

簡單地把出現(xiàn)故障的展廳專用強(qiáng)電控制器控制信號(hào)輸入端信號(hào)線調(diào)換為其他正常的控制器控制信號(hào)輸入端信號(hào)線，通電調(diào)試故障現(xiàn)象仍然存在，排除了信號(hào)線斷路引起故障的可能。故初步判斷故障原因是控制信號(hào)線路接觸不良或傳輸信號(hào)質(zhì)量差，導(dǎo)致控制信號(hào)不能準(zhǔn)確到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或信號(hào)質(zhì)量變差不能驅(qū)動(dòng)控制器動(dòng)作形成的。

3.3 調(diào)整通、斷電動(dòng)作延時(shí)時(shí)長

初步判斷故障是由于信號(hào)線路通信可靠性降低引起的。由于開、閉館時(shí)一鍵控制通電、斷電的展項(xiàng)數(shù)量較多，觸發(fā)按鈕到執(zhí)行動(dòng)作完成的間隔延時(shí)時(shí)長如果過短，有可能會(huì)造成部分控制單元執(zhí)行閉合、斷開動(dòng)作質(zhì)量不高，從而影響展項(xiàng)上電的效果。可以通過軟件根據(jù)實(shí)際情況增加或減少程序發(fā)出指令的時(shí)間間隔，以控制電路中展項(xiàng)的通、斷電執(zhí)行動(dòng)作的時(shí)間間隔，從而達(dá)到提升執(zhí)行指令質(zhì)量的目的。例如，當(dāng)按下按鈕時(shí)，程序會(huì)首先發(fā)出第1 條指令，然后經(jīng)過時(shí)間設(shè)定值（如0.5 s）后發(fā)出第2 條指令，再經(jīng)過0.5 s 發(fā)送第3 條命令…… 指令會(huì)根據(jù)時(shí)間軸上設(shè)置的時(shí)間依次發(fā)送，控制器會(huì)根據(jù)指令依次執(zhí)行電路中各展項(xiàng)的通、斷電動(dòng)作。

選中要調(diào)整的通電閉合按鈕，打開時(shí)間軸調(diào)整窗口，然后點(diǎn)擊外部編輯，彈出用記事本打開的文件。找到需要調(diào)整時(shí)間展項(xiàng)的ID（身份標(biāo)識(shí)號(hào)碼），并把每條指令前的時(shí)間間隔修改為需要設(shè)置的時(shí)長，間隔時(shí)間的格式為［00（min）：00.00（s）］。保存并關(guān)閉記事本，然后在時(shí)間軸調(diào)試窗口點(diǎn)擊重新加載，修改后的指令就被自動(dòng)加載到控制器，最后點(diǎn)擊保存。如果需要對(duì)所有展項(xiàng)的時(shí)間間隔同時(shí)進(jìn)行修改，可以使用時(shí)間軸調(diào)試窗口自動(dòng)調(diào)整時(shí)間一鍵修改功能，在彈出的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間按鈕窗口中將時(shí)間間隔改為新的設(shè)定值，然后點(diǎn)擊確定，就可以看到時(shí)間軸窗口左側(cè)的時(shí)間已經(jīng)自動(dòng)調(diào)整完畢，最后點(diǎn)擊窗口上的保存按鈕，將設(shè)定值寫入控制器并生效。

斷電關(guān)閉按鈕調(diào)整動(dòng)作響應(yīng)時(shí)長的設(shè)置方法與此類似，此處不贅述。

調(diào)整通、斷電動(dòng)作延時(shí)時(shí)長后，開啟中控調(diào)試，故障現(xiàn)象仍在，問題沒有得到解決。

3.4 改變故障動(dòng)力柜內(nèi)信號(hào)線路連接方式

由于館內(nèi)展項(xiàng)眾多，各CAN 總線大節(jié)點(diǎn)動(dòng)力柜內(nèi)控制器采用標(biāo)準(zhǔn)的“手牽手”接口與布線規(guī)則，使分支線路長度最小，同一動(dòng)力柜內(nèi)展廳專用強(qiáng)電控制器有若干個(gè)，圖1 將中間的控制器簡化表示為1 個(gè)，實(shí)際使用的多個(gè)控制器間的連接方式與圖1相同。

按原始設(shè)計(jì)考慮到施工成本及便利性，同一動(dòng)力柜內(nèi)控制器之間的信號(hào)線路連接采用普通網(wǎng)線，總線網(wǎng)線接入動(dòng)力柜后接入第一個(gè)控制器的A 處接線柱，然后從A 處用網(wǎng)線接到下一個(gè)控制器的相同位置（圖1），用相同的方式把N 個(gè)相同的控制器連接起來。為表達(dá)簡潔，圖中只保留首、尾2 個(gè)和中間的1 個(gè)控制器。在最后一個(gè)控制器的接線端B 用網(wǎng)線接出動(dòng)力柜去往下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

出現(xiàn)故障的控制器在動(dòng)力柜內(nèi)信號(hào)線路中的靠后或最后的位置，前面經(jīng)過了N 段網(wǎng)線連接和N 個(gè)控制器由小螺釘壓緊網(wǎng)線的接線柱，信號(hào)傳輸?shù)乃俾屎蜏?zhǔn)確性都會(huì)有所衰減，這可能就是展項(xiàng)出現(xiàn)故障的根本原因。基于上述考慮，利用控制器的串口擴(kuò)展總線功能，把故障控制器上原來連接上一個(gè)控制器的網(wǎng)線去掉，為達(dá)到最好的效果，把控制器作為總線網(wǎng)關(guān)用串口線直接連接到總線接入處控制器的串口上。串口連接相較于原來的網(wǎng)線螺釘壓緊連接，連接的穩(wěn)定性和可靠性明顯提升，并且串口網(wǎng)關(guān)總線提升了信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量，且減少了中間環(huán)節(jié)的干擾（圖2）。

圖2 串口連接方式

經(jīng)過以上改變，重新開機(jī)調(diào)試，故障現(xiàn)象仍未排除。

3.5 徹底排查故障

在排查了動(dòng)力柜內(nèi)網(wǎng)線連接及出現(xiàn)故障的強(qiáng)電控制器本身可能存在的故障點(diǎn)后，沒有找到明顯的故障原因，只能把故障排查放在比較困難的外部連接線路中。由于中控設(shè)備在1 樓而故障出現(xiàn)在4 樓，信號(hào)線路較長，且跨樓層中間環(huán)節(jié)眾多，給排查帶來了不便。

為盡可能少走彎路，提高排查的準(zhǔn)確性，首先要找到原始設(shè)計(jì)的線路施工圖紙，按照原始設(shè)計(jì)排線查找實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的問題，從故障動(dòng)力柜信號(hào)線的接入端開始追根溯源一直排查到中控主機(jī)服務(wù)器。設(shè)計(jì)圖紙中，中控機(jī)房到各樓層機(jī)房動(dòng)力配電箱大節(jié)點(diǎn)直連，中控主機(jī)信號(hào)線經(jīng)控制器接線端子和接線端子排的擴(kuò)展采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或就近原則布線，中間即使經(jīng)過其他樓層機(jī)房也只是利用動(dòng)力柜內(nèi)控制器接線端子分出一路即可，并不實(shí)際參與該動(dòng)力柜內(nèi)線路連接。

實(shí)際排查中發(fā)現(xiàn)施工方在線路途經(jīng)其他樓層機(jī)房時(shí)，錯(cuò)誤的把線路串接進(jìn)機(jī)房動(dòng)力柜節(jié)點(diǎn)，以“手牽手”方式連接在總線中，進(jìn)而讓線路串接進(jìn)N 個(gè)強(qiáng)電控制器，線路中多出N 個(gè)斷點(diǎn)由N 段網(wǎng)線串接。由于線路中增加了節(jié)點(diǎn)數(shù)量和長度，導(dǎo)致信號(hào)的傳輸速率和強(qiáng)度衰減變?nèi)酰荒鼙ＷC后續(xù)節(jié)點(diǎn)控制器的正常工作。

找到原因后，在途經(jīng)的機(jī)房動(dòng)力柜內(nèi)利用強(qiáng)電控制器內(nèi)置的串口進(jìn)行總線擴(kuò)展，把控制器作為總線網(wǎng)關(guān)的接線，恢復(fù)了線路的原始設(shè)計(jì)，減少了途徑節(jié)點(diǎn)數(shù)量和線路長度。4 樓動(dòng)力柜內(nèi)故障展項(xiàng)控制器也采取同樣接法，保證信號(hào)傳輸質(zhì)量。經(jīng)上電調(diào)試，故障現(xiàn)象排除，展項(xiàng)功能恢復(fù)。

4 總結(jié)

科技館在實(shí)際工作中展項(xiàng)設(shè)備難免會(huì)遇到各種問題，但只要遵循科學(xué)規(guī)律，堅(jiān)持細(xì)致的工作作風(fēng)，避免不規(guī)范的操作，就能保持設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行和完好率。從這次故障的排除過程中可以得到以下經(jīng)驗(yàn)：

（1）根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合設(shè)備的原理及控制特點(diǎn)進(jìn)行分析和判斷，是電氣設(shè)備故障還是信號(hào)線路故障、是主電路強(qiáng)電故障還是控制線路弱電、參數(shù)調(diào)整不合理還是人為失誤等，確定故障發(fā)生范圍逐步縮小直至找到故障點(diǎn)。也可將故障設(shè)備或控制系統(tǒng)劃分為若干個(gè)小部分，然后檢查這些部分的輸入和輸出是否正常。在確定某一部分時(shí)，再去關(guān)注該部分內(nèi)部的問題，找出故障點(diǎn)。在確保設(shè)備安全的情況下，可以通過替換法來發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

（2）在控制線路中，不規(guī)范的布線方式會(huì)導(dǎo)致信號(hào)通信的可靠性、穩(wěn)定性及傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性明顯下降。因此建議嚴(yán)格采用CAN 總線網(wǎng)絡(luò)布線規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，以降低后期的維護(hù)工作量。

（3）盡量減少CAN 總線信號(hào)線路中的節(jié)點(diǎn)，如果中控到展項(xiàng)經(jīng)過的環(huán)節(jié)較多線路較長，線路可按照中控機(jī)房—途經(jīng)機(jī)房—途經(jīng)機(jī)房—?jiǎng)恿竦捻樞虿季€。