ECS-100型DCS主控器故障处理方法研究

杨超 龚敏艳 吕昊

摘 要：根据DCS系统长时间运行及在线点检的情况，对控制柜内主控器FW247发生的典型故障进行分析，并研究出故障处理的应对措施。特别是针对主控器自动切换和手动切换故障的情况，分析出主控器由于长时间运行，元器件老化、静电放电、精度下降而造成故障，提出更换控制器、复位控制器热启动主控制器和控制器临时停车下载组态的应对措施，达到减少故障发生时由于操作不当而引起事故扩大造成损失的效果，确保系统能安全、稳定、连续的运行。

关键词：主控器;故障;处理

1概况

某DCS系统（浙江中控 ESC-100型）投运至今，已在线运行十余年。该系统由过程控制站（即控制柜）、操作站及通信网络等组成。现场控制柜由电源、主控器FW247、I/O 功能模块、I/O 信号端子板等组成，其中主控器FW247是控制站的核心部件。本文针对主控器FW247的典型故障进行分析研究，探索故障处理的方法，确保主控器故障时检修维护人员能快速判断故障原因，并采取及时有效的应对措施。

1.1主控器作用

主控器协调控制站内软硬件资源完成各项控制任务，自动完成数据采集、信息处理、控制运算等各项功能。通过数据转发卡实现与I/O卡件的信息交换。利用信号输入卡周期性地采集现场实时过程信息，在主控器内执行综合运算处理后，通过信号输出卡输出控制信号，实现对现场控制对象的实时控制。主控器周期性地向过程控制网（SCnetII）发送实时过程信息，使得该网络上的所有操作节点均可实时监控控制站的各种状态。同时，过程控制网上的操作节点也可以主动查询主控制卡的各种信息。

1.2主控器工作原理

主控器FW247由主处理器、SBUS处理器、SCnet处理器负责所有数据输入、输出以及控制运算。

SBUS处理器通过以态网芯片与SBUS-S2网络相连，负责采集来自I/O系统的数据并通过双口RAM将数据交给主处理器。主处理器完成控制运算后，将控制输出信号通过双口RAM交给SBUS通讯处理器，通讯处理器将信号通过以态网接口输出到I/O系统。主处理器综合管理系统中的各个部件。电源管理部件负责系统电源管理。

主控器及其网络进行冗余配置，冗余配置的两块FW247主控制卡执行同样的应用程序，一块运行在工作模式（工作卡），另一块运行在备用模式（备用卡）。两块主控制卡均能访问I/O和过程控制网络，但只有工作模式下的主控制卡负责完成控制、输出、实时信息广播等功能。在工作模式下，主控制卡如同非冗余配置一样直接访问I/O子系统，完成数据采集和控制功能，并向操作节点广播实时信息。此外它还监视与其配对的备用主控制卡的工作状态。处于工作模式下的主控制卡每个扫描周期向备用卡发送一次实时数据，以同步两冗余卡件的工作状态。在备用模式下，备用主控制卡诊断和监视卡件运行状态，周期性获取工作主控制卡的实时信息，确保工作卡出现故障的情况下，無扰动的接替工作权，保障控制过程的连续性和稳定性。

2主控器自动切换故障分析及研究

2.1自动切换故障原因分析

某日，DCS系统监测到现场仪表超限报警，设备联锁停车，但经现场复测，现场仪表并未产生超限报警，断开工作主控器电源接线端口后正常。通过对DCS系统供电检查，220VAC电源供电电源稳定可靠，并无干扰现象，则电源波动引起仪表高限这一因素排除。对控制站内卡件检查情况如下：

（1）通过故障诊断软件检测现场控制柜并无故障记录，则表明以太网络、网络响应试、节点地址管理、控制回路管理都处于正常，可判断现场卡件故障。

（2）控制柜内由四块不同的FW357（8路快速常规信号输入卡）负责检测现场仪表信号，则排除I/O卡件故障;

（3）对控制柜的主控器FW247及数据转发卡FW235逐一进行排查，发现在拔掉工作的2#控制器SCentⅡ网线时，备用的3#控制器才会升为工作控制器，则可确定为2#控制器异常。

2.2自动切换故障发生后对工艺运行的影响

工作主控器出现故障，而冗余主控器无法实现自动切换功能时，故障主控器所在控制柜检测的仪表产生超限报警，所控制的设备联锁停车。

2.3自动切换故障处理方法

根据上述分析，为了保证DCS系统能够恢复正常运行，缩短故障处理的时间，同时保证生产线的安全、稳定、连续运行，本研究提出一套主控器的在线更换流程，并经试验平台验证通过后，于现场实施。

3主控器手动切换故障分析及研究

3.1手动切换故障原因分析

某日，DCS系统控制柜在维护过程中对主控器电池进行更换时，当工作的2#控制器SCnetⅡ网络拔出后切换为备用时（3#控制器），2#控制器FALL灯长亮，为主控器组态丢失或者下装的组态已经被破坏。为确定故障现象，对2#控制器进行更换，更换完成后出现3#控制器无法传输组态数据，两主机冗余协调中断故障，维护人员重新插拔SCnetⅡ网络，重新更换2#控制器后，冗余协调成功标志显示失败，仍然无法实现冗余数据切换。经分析，该控制器手动切换故障事件为因3#控制器由于静电影响冗余组态拷贝失败造成，须处理3#控制器冗余故障，确保系统安全运行。

3.2手动切换故障应对措施

经分析，2#控制器拔出时3#控制器受静电影响，冗余组态拷贝失败，发生控制器手动切换故障，需对控制器进行复位，解决冗余串口问题和临时停车组态数据下载。

4研究结论

（1）本文针对主控器FW247出现的自动切换和手动切换的故障，提出更换故障控制器、控制器临时停车重新下载组态及复位控制器热启动主控制器的操作方法，解决了系统运行中的典型故障应对措施实际问题，保证了系统的安全稳定运行。

（2）本文所分析的关于主控器FW247典型故障的处理方案，为今后处理类似故障提出了一套有效的分析和解决方法，从而缩短故障处理时间、减小由于故障处理不当而引起的损失。

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