ECS-100型DCS主控器故障處理方法研究

楊超 龔敏艷 呂昊

摘 要：根據DCS系統長時間運行及在線點檢的情況，對控制柜內主控器FW247發生的典型故障進行分析，并研究出故障處理的應對措施。特別是針對主控器自動切換和手動切換故障的情況，分析出主控器由于長時間運行，元器件老化、靜電放電、精度下降而造成故障，提出更換控制器、復位控制器熱啟動主控制器和控制器臨時停車下載組態的應對措施，達到減少故障發生時由于操作不當而引起事故擴大造成損失的效果，確保系統能安全、穩定、連續的運行。

關鍵詞：主控器;故障;處理

1概況

某DCS系統（浙江中控 ESC-100型）投運至今，已在線運行十余年。該系統由過程控制站（即控制柜）、操作站及通信網絡等組成。現場控制柜由電源、主控器FW247、I/O 功能模塊、I/O 信號端子板等組成，其中主控器FW247是控制站的核心部件。本文針對主控器FW247的典型故障進行分析研究，探索故障處理的方法，確保主控器故障時檢修維護人員能快速判斷故障原因，并采取及時有效的應對措施。

1.1主控器作用

主控器協調控制站內軟硬件資源完成各項控制任務，自動完成數據采集、信息處理、控制運算等各項功能。通過數據轉發卡實現與I/O卡件的信息交換。利用信號輸入卡周期性地采集現場實時過程信息，在主控器內執行綜合運算處理后，通過信號輸出卡輸出控制信號，實現對現場控制對象的實時控制。主控器周期性地向過程控制網（SCnetII）發送實時過程信息，使得該網絡上的所有操作節點均可實時監控控制站的各種狀態。同時，過程控制網上的操作節點也可以主動查詢主控制卡的各種信息。

1.2主控器工作原理

主控器FW247由主處理器、SBUS處理器、SCnet處理器負責所有數據輸入、輸出以及控制運算。

SBUS處理器通過以態網芯片與SBUS-S2網絡相連，負責采集來自I/O系統的數據并通過雙口RAM將數據交給主處理器。主處理器完成控制運算后，將控制輸出信號通過雙口RAM交給SBUS通訊處理器，通訊處理器將信號通過以態網接口輸出到I/O系統。主處理器綜合管理系統中的各個部件。電源管理部件負責系統電源管理。

主控器及其網絡進行冗余配置，冗余配置的兩塊FW247主控制卡執行同樣的應用程序，一塊運行在工作模式（工作卡），另一塊運行在備用模式（備用卡）。兩塊主控制卡均能訪問I/O和過程控制網絡，但只有工作模式下的主控制卡負責完成控制、輸出、實時信息廣播等功能。在工作模式下，主控制卡如同非冗余配置一樣直接訪問I/O子系統，完成數據采集和控制功能，并向操作節點廣播實時信息。此外它還監視與其配對的備用主控制卡的工作狀態。處于工作模式下的主控制卡每個掃描周期向備用卡發送一次實時數據，以同步兩冗余卡件的工作狀態。在備用模式下，備用主控制卡診斷和監視卡件運行狀態，周期性獲取工作主控制卡的實時信息，確保工作卡出現故障的情況下，無擾動的接替工作權，保障控制過程的連續性和穩定性。

2主控器自動切換故障分析及研究

2.1自動切換故障原因分析

某日，DCS系統監測到現場儀表超限報警，設備聯鎖停車，但經現場復測，現場儀表并未產生超限報警，斷開工作主控器電源接線端口后正常。通過對DCS系統供電檢查，220VAC電源供電電源穩定可靠，并無干擾現象，則電源波動引起儀表高限這一因素排除。對控制站內卡件檢查情況如下：

（1）通過故障診斷軟件檢測現場控制柜并無故障記錄，則表明以太網絡、網絡響應試、節點地址管理、控制回路管理都處于正常，可判斷現場卡件故障。

（2）控制柜內由四塊不同的FW357（8路快速常規信號輸入卡）負責檢測現場儀表信號，則排除I/O卡件故障;

（3）對控制柜的主控器FW247及數據轉發卡FW235逐一進行排查，發現在拔掉工作的2#控制器SCentⅡ網線時，備用的3#控制器才會升為工作控制器，則可確定為2#控制器異常。

2.2自動切換故障發生后對工藝運行的影響

工作主控器出現故障，而冗余主控器無法實現自動切換功能時，故障主控器所在控制柜檢測的儀表產生超限報警，所控制的設備聯鎖停車。

2.3自動切換故障處理方法

根據上述分析，為了保證DCS系統能夠恢復正常運行，縮短故障處理的時間，同時保證生產線的安全、穩定、連續運行，本研究提出一套主控器的在線更換流程，并經試驗平臺驗證通過后，于現場實施。

3主控器手動切換故障分析及研究

3.1手動切換故障原因分析

某日，DCS系統控制柜在維護過程中對主控器電池進行更換時，當工作的2#控制器SCnetⅡ網絡拔出后切換為備用時（3#控制器），2#控制器FALL燈長亮，為主控器組態丟失或者下裝的組態已經被破壞。為確定故障現象，對2#控制器進行更換，更換完成后出現3#控制器無法傳輸組態數據，兩主機冗余協調中斷故障，維護人員重新插拔SCnetⅡ網絡，重新更換2#控制器后，冗余協調成功標志顯示失敗，仍然無法實現冗余數據切換。經分析，該控制器手動切換故障事件為因3#控制器由于靜電影響冗余組態拷貝失敗造成，須處理3#控制器冗余故障，確保系統安全運行。

3.2手動切換故障應對措施

經分析，2#控制器拔出時3#控制器受靜電影響，冗余組態拷貝失敗，發生控制器手動切換故障，需對控制器進行復位，解決冗余串口問題和臨時停車組態數據下載。

4研究結論

（1）本文針對主控器FW247出現的自動切換和手動切換的故障，提出更換故障控制器、控制器臨時停車重新下載組態及復位控制器熱啟動主控制器的操作方法，解決了系統運行中的典型故障應對措施實際問題，保證了系統的安全穩定運行。

（2）本文所分析的關于主控器FW247典型故障的處理方案，為今后處理類似故障提出了一套有效的分析和解決方法，從而縮短故障處理時間、減小由于故障處理不當而引起的損失。

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