基于S908架構的一種疑難故障的處理

李浩（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

基于S908架構的一種疑難故障的處理

李浩（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

基于S908架構的Quantum PLC系統運行時間長了，可能會產生丟幀現象，而丟幀可導致各種疑難故障的發生。本文分析了故障原因，給出了解決辦法，預防了安全生產事故的發生。

S908；丟幀；同軸電纜

施耐德Quantum PLC系統應用廣泛，在電廠的輔控系統中占有大部分市場。眾所周知，與DCS相比，PLC不僅價格較低，而且可靠性較高，惡劣環境下適應能力較強。其物理結構如圖1所示。

圖1 PLC物理結構

PLC系統以本地子站作為分界線，上層網采用工業以太網Ethernet IP協議，物理介質為雙絞線；下層網采用S908協議，物理介質為同軸電纜。PLC系統一般情況下故障不多，但因為下層網使用了同軸電纜作為通訊介質，投送時間長了很可能會導致一種疑難故障的出現。

1 故障現象

1.1 故障現象1

某PLC系統氣動門、現場門沒有動作，但上位機畫面上時而出現開到位信號消失現象，導致系統非正常運行退出。經檢查，現場行程開關接觸良好，開到位信號回路沒有問題，DI通道也正常（DI通道指示燈常亮）。在線肉眼觀察實時邏輯，看不出開到位信號有消失的現象。為了排除因邏輯中線的顏色變化太快而肉眼觀察不到的因素，做了一條指令鎖存邏輯（見圖2，第一個常開接點為系統運行信號，第二個下降沿接點為門開到位信號，當回路通時，S線圈置位；回路斷開，線圈狀態保持不變）。結果發現，此DI信號確實有肉眼看不到的短暫消失。

1.2 故障現象2

某單電控氣動門，系統運行時由PLC發出長指令，維持此門打開；若指令消失，此門電磁閥靠彈簧力復歸，氣動門關閉。系統投入運行2年多后，此氣動門常常反復自動開關。經檢查，確實是指令振蕩引起的門的誤動（可看到DO通道指示燈的變化）。但在線肉眼觀察實時邏輯，未發現開指令消失；為了排除因邏輯中線的顏色變化太快而肉眼觀察不到的因素，做了一條指令鎖存邏輯（見圖2，第一個常開接點為系統運行信號，第二個下降沿接點為門開指令信號，當回路通時，S線圈置位；回路斷開，線圈狀態保持不變）。結果發現，開指令信號確實未消失過。

圖2 鎖存邏輯

2 故障分析

經過分析，以上兩種故障雖然現象不同，但本質上是一樣的，都是由基于S908架構的PLC系統主/從站之間通訊“丟幀”所引起的。

2.1 丟幀的危害

我們知道，遠程子站通過A/B兩路同軸電纜，遵循S908協議，和本地子站CPU交換信息，每個信息幀都包含了不同的輸入信號和輸出指令。那么，如果某些幀錯誤或丟失，勢必有一段時間，本地子站CPU收不到輸入信號，遠程子站收不到輸出指令。

（1）對于CPU來說，在收不到輸入信號的時間里，原來的設備狀態消失，而由設備狀態驅動的邏輯段，則會計算出錯誤的結果，引起設備誤動，嚴重的會引起不可預知的安全生產事故。

（2）對于遠程子站來說，在收不到指令的時間里，輸出信號消失或翻轉，引起設備誤動，同樣會引起不可預知的安全生產事故。

由以上分析可知，丟幀的危害極大。

2.2 丟幀的原因

（1）同軸電纜與分支器/分離器接頭的地方松動或長時間氧化而接觸不實。丟幀大部分情況下由此引起。

（2）分支器/分離器質量不好或受到損傷或老化而性能下降。一般強雷擊會導致有些分支器/分離器性能下降。

（3）CRP/CRA模塊質量不好或受到損傷或老化而性能下降。這種情況比較少見。

（4）外界強電磁干擾。應用PLC控制的斗輪機、翻車機，因為同時使用大功率變頻器，如果安裝位置靠近PLC系統，則干擾較強，常常出現莫名其妙的故障。據施耐德公司統計，平圩發電廠、徐州華潤電力有限公司等廠都出現過類似的事件。

2.3 丟幀查看方法

2.3.1 查看每個子站的CRA模塊

若通訊不好，丟幀頻繁，則模塊面板上會有“Err A”或“Err B”紅燈閃爍，“Err A”閃爍代表A網通訊丟幀；“Err B”閃爍代表B網通訊丟幀；兩個都閃，則A、B網通訊都不健康。閃爍頻率越快，丟幀越多。

2.3.2 查看通訊系統字

Quantum系統字%SW536至%SW640存儲了整個系統的通訊狀態信息。每個子站分配3個狀態字，第一個狀態字顯示工作站的全局通訊狀態，第二個狀態字是本站同軸電纜A的全局通訊錯誤計數器，第三個狀態字是本站同軸電纜B的全局通訊錯誤計數器。各個系統字存儲數據的具體含義見圖3和圖4。

在UnityPro軟件的動態數據表里，輸入各個系統字，可查看各分站A、B網的通訊狀態。字變化越快，代表在單位時間里，丟幀越多。

3 解決方法

3.1 硬件方面

（1）通過緊固或重做接頭、更換分支器/分離器、更換CRP/ CRA模塊、消除電磁干擾等措施，消除“Err A”或“Err B”報警。

圖3 通訊狀態系統字說明1

圖4 通訊狀態系統字說明2

（2）升級PLC系統

為了一勞永逸，可選擇升級PLC系統。2011年，施耐德公司正式推出了工業以太網架構的PLC系統，即下層網由S908協議改為工業以太網協議，通訊介質由同軸電纜改為雙絞線。具體參數對比見表1。

表1 系統參數對比表

可以看出，系統升級后，子站之間的連接由同軸電纜改為雙絞線，優點如下：

（1）由于使用了RJ45接頭，同軸電纜與分支器/分離器接頭的地方松動或長時間氧化而接觸不實的問題徹底解決。

（2）不再使用分支器/分離器，不會再受雷擊影響。

（3）由于使用了雙絞線，而雙絞線的抗干擾能力明顯強于普通同軸電纜，故基本消除了外界強電磁干擾。徐州華潤電力有限公司斗輪機PLC控制系統已由S908架構改為工業以太網架構，效果良好。

3.2 軟件方面

消除同軸電纜的“Err A”、“Err B”通訊錯誤報警，當然可以解決“丟幀”所引起的故障。但是，這只能維持一段時間，由于同軸電纜的特性，時間長了，仍然會“丟幀”。那么，在“丟幀”發生時，如何保證系統的安全穩定運行呢？

（1）對于輸入信號，需要在程序中加入延時失電邏輯塊，可防止信號抖動，起到濾波作用。

（2）對于輸出信號，則需要修改子站和輸出模塊的配置參數。可先修改子站“Drop hold up time”參數，最大1.2s，默認300ms（見圖5）；如果仍存在問題，可以打開輸出模塊，將“超時狀態”參數改為“保留上次的值”即可（見圖6），等同于“斷信號保持”功能。

圖5 子站參數修改

圖6 輸出模塊參數修改

4 結語

下層網基于S908架構的施耐德PLC控制系統時常會發生一些莫名其妙的故障。經過研究，這些故障基本上都是由下層網通訊“丟幀”引起的。“丟幀”對于S908來說很常見，但所導致的現象追查起來卻有點困難。通過本文的分析，解釋了故障原因，給出了解決措施，希望對同行們的工作能起到借鑒作用。

Dealing with a Difficult Fault Based on S908 Architecture

It will produce the phenomenon of losing frames when the Quantum PLC runs for a long time based on S908 architecture and the losing frames can lead to a variety of difficult fault. This paper analyses the fault reason, gives out the solution, which prevents the occurrence of accident in production.

S908; Losing frames; Coaxial cable

B

1003-0492(2015)10-0090-03

TP273

李浩（1974-），男，江蘇銅山人，碩士，高級工程師，研究方向為熱工自動化及計算機控制，現從事發電廠熱工維護與技術管理工作。