总线控制系统阀门无法控制的解决方案

总线控制系统阀门无法控制的解决方案

梁锦凤 刘烽炎

中国电建集团江西省电力建设有限公司 江西南昌 330001

【摘 要】现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。新型的现场总线控制系统突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能，同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身实现基本控制功能。

【关键词】总线控制 通讯 网络 控制 T3000

1 引言

作为众多现场总线家族成员之一，Profibus是在欧洲工业界得到最广泛应用的现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。Profibus是属于单元级、现场级的SIMITAC网络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多厂商开发各自的符合Profibus协议的产品，这些产品可以连接在同一个Profibus网络上。Profibus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤或无线传输。Profibus是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。Profibus主要由现场总线报文(Profibus-FMS)、分布式外围设备(Profibus-DP)和过程控制自动化(Profibus-PA)三部分组成，总线系统具有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、准确性与可靠性高等特点。

我公司承建的广东某600MW级超超临界燃煤机组电厂在主厂房非重要的联锁和保护信号、单回路调节设备等，以及辅助车间采用西门子公司的SPPA-T3000现场总线控制系统，本工程采用的是Profibus-DP和Profibus -PA 协议，其中Profibus-DP数据传输速率9.6Kbps-12Mbps，Profibus -PA传输速率为31.25Kbps。总线控制系统可以提高电厂的数字信息化水平，为电厂计划性检修和停机提供决策依据、减少计划外停运，减少施工量和电缆，缩短工期，方便电厂运行维护、检修。通信组件主要有：Profibus通讯主站CP443-5,现场总线通讯箱、光电转换器、DP/PA-link、Y-link、终端电阻、PA分配盒、通讯介质、光纤、Profibus-DP九针接头。

2 问题概述及原因分析

分部试运过程中，在配合系统调试单位做阀门传动试验时，发现主厂房汽机10CRA03总线设备网段结构中，10CRA03GH001总线箱内的9001A/B DP总线网段内的工业冷却水至冷却塔前池回水电动门及工业冷却水自动滤水器旁路电动门两个电动门通讯正常，但无法操作，网段内其他6个电动门通讯、阀门传动正常。工业冷却水至冷却塔前池回水电动门及工业冷却水自动滤水器旁路电动门分别位于该DP总线网段内第三位、第五位。网段内共8个电动门，无马达保护器、变频器、电磁阀岛等其他总线设备。该网段内的所有总线型电动执行机构均为德国进口EMG品牌。

2.1 原因分析

Profibus通信常见问题有三种：1、总线设备无法正常与主站通信；2、总线设备可与主站正常通信但不能被主站所控制；3、总线设备能与主站正常通信并且能被主站控制，但是通信不稳定；但上述出现的问题无法简单归集至上列三种常见情况，无法快速准确判断问题所在，初步判断可能为设备参数设置问题或设备本身缺陷所致，只能通过对所有可能原因逐一排查。

2.2 原因排查

首先排查硬件安装：检查通信介质光纤及总线电缆，通长使用总线专用电缆桥架敷设，总线电缆敷设路径上未与220V以上电压电缆并排或交叉敷设，总线通信柜内光纤熔接准确，用对光笔测试，光信号传输通道通畅；总线通信柜安装区域5m范围内未有变频动力柜等；网段总长345m，未超过技术要求规定最长距离，总线设备均多点接地；检查所有电动门接线，通信线剥出的没有屏蔽的接线部分未超过5cm，所有屏蔽线均按要求规范连接，信号线正负极接线正确，互为冗余的总线电缆未交叉，通道正确，电源电缆接线正确，标识清楚，电压均正常，满足规范要求；基本排除总线通信控制系统硬件安装原因导致电动门无法通信、控制。

其次排查总线通信控制系统组件工作是否正常：

1）10CRA03 DCS柜内Profibus通信主站是西门子公司研发的CP443-5，完成和总线网络中从站的数据交换，并将采集的数据映射到DCS系统的控制器中，起到协议转换的作用。443-5 支持Profibus-DP协议，卡件冗余，冗余主站同时工作，主站之间可实现令牌传递，是Profibus主站网络中真正的多主系统，可实现对从站设备的控制和管理功能。观察信号灯显示主站运行正常。

2）安装在现场总线通信箱10CRA03GH001内的光电转换器为西门子OLM系列产品，用于电子间模件柜到就地通讯箱的远距离数据传输。观察光电转换器OLM运行信号指示灯，光通信正常，使用BT200、光功率计、示波器在就地通信箱测试光纤通信质量，信号传输质量满足要求。

3）Y-link在西门子现场总线系统中的作用为将单通信口现场总线设备转换成冗余接口接入通信主站，Y-link是西门子系列产品，由1对IM153-2和1台Y-coupler组成，冗余的IM153-2互为备用并作为从站与通信主站进行通信，Y-coupler用于连接单通信口现场总线设备并将数据传送给IM153-2，整套Y-link对于单通信口总线网络可单独配置总线参数及速率，对于就地设备相当于是通信主站，对于上一级的通信主站又相当于从站。使用PROFITRACE软件工具对Y-link进行诊断，通信正常。

4）DP总线终端电阻为西门子产品，作用为减少信号反射，保障通讯质量，确保在没有数据传输时总线上的电压是收发器认可的零信号电压，该网段在末端位置加装有终端电阻。检查终端电阻设备阻值正确，安装接线符合要求。

5）Profibus-DP九针接头用于连接Profibus电缆和Profibus的站点，在Profibus插头上，有一个进线孔(In)和一个出线孔(Out)，分别连接至前一个站和后一个站。当各站点通过插头连接以及网线连接到网络上时，根据RS485串口通讯的规范，每个物理网段支持32个物理设备，每个Profibus插头上，都内置了终端电阻，需要时可以接入(On)和切除(Off)。当终端电阻设置为“On”时，表示一个物理网段的终结，因此连接在出线端口“Out"后面的网段的信号也将被中断。因此，在每个物理网段两个终端站点上的插头，需要将网线连接在进线口“In”，同时将终端电阻设置为“On”，而位于网段中间的站点，需要依次将网线连接在进线口“In”和出线口"Out”，同时将终端电阻设置为“Off”，现场通信箱为终端站点，检查九针接头终端电阻设置及电缆接线，满足要求，使用PROFITRACE软件连接九针接头编程孔进行网络诊断，，主站、从站地址按要求设置，通信测试正常。

根据以上测试结果， DCS至现场通信箱通信正常，初步判断问题出在通信箱至就地阀门链段。

4 问题解决方案

1）将网段内所有电动门送电，在就地通信箱内用PROFITRACE诊断软件检测，网段内所有电动门均可检测到，地址参数设置正确，无冲突。

2）将位于网段第三位的工业冷却水至冷却塔前池回水电动门断电后，将电动门内终端电阻拔至“On”，重新送电后，前三位电动门通信正常，可以正常操作。初步判断前三位电动门设备正常。重新将第三位电动门终端电阻拔至“Off”，第三位电动门重新无法操作。

3）对网段内第五位的工业冷却水自动滤水器旁路电动门进行步骤2操作，状况与最开始一样，第三位、第五位电动门可以通信，但不能操作。初步判断为第五位电动门主板影响，要求电动门厂家更换主板后，重新设置地址后，同样的问题仍然存在。

4）常规方法已无法解决问题，重新梳理思路：前后设备都无法操作，是不是位于第四位的工业冷却水自动滤水器出口电动门影响呢？是不是第四位电动门主板问题导致？

5 结束语

将第四位电动门断电后更换主板，上电调试，重新设置通信地址后，网段内所有电动门通信正常，均可正常操作。该问题得到解决。

参考文献

[1]凌志浩编著. DCS与现场总线控制系统．上海：华东理工大学出版社，2008.9

[2] 郑长山编著.现场总线与PLC网络通信图解项目化教程．北京：电子工业出版社，2016.4

[3] 许宏华等编著．现场总线与工业以太网技术．第二版．北京：电子工业出版社，2015.4