LC卡通讯中断问题探讨 - 文章

LC卡通讯中断问题探讨

作者：中国国电集团公司菏泽发电厂侯典来

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通过对LC卡件通讯中断现象的分析，找出原因，采取对策，包括机柜浮空，指令冗余，制作专用接地网等多项措施，确保MEH系统长周期安全运行。

系统概述

MEH-ⅢA控制系统由给定部分、反馈部分、调节器、执行机构和机组对象等环节构成，如图1所示。

其控制功能包括锅炉给水流量和给水泵汽轮机转速自动控制，调节阀阀位控制，正常运行操作和监视，超速保护和试验，与DEH-ⅢA联网，在DEH-ⅢA操作员站上操作MEH-ⅢA，进行故障追忆及打印，其硬件配置如图2。

图2系统硬件配置图 MEH-ⅢA控制柜

DPU为系统主机部分，装载给水泵汽轮机的控制软件，通过PDEX344卡与BC卡连接，实现对下位机的通讯控制，同时通过网络接口卡实现DPU联网，冗余的DPU，互为备用，无扰切换。

I/O卡件箱安装有MCP、BC、LC、DI、DO等卡件，MCP测速卡将现场测速传感器来的脉冲信号转换成数字信号后，由BC卡与上位机通讯，把实际转速信号送至DPU。LC过程控制卡用于与CCS的接口，其输入信号有CCS允许和CCS给水流量要求信号，输出信号有转速给定值、实际值和锅炉自动。

DI/DO卡用于开关量的输入输出，现场输入信号有速关阀、调门的开关信号，已脱扣和挂闸信号，开关量输出信号经滤波器隔离为无源触点，包括脱扣、挂闸、速关阀开和试验等信号。BC站控制卡对I/O其它卡件管理，与PDEX344卡通讯，将主机信号送至I/O卡，并把现场的开关量状态信号反馈到DPU，BC卡有2块，1块主控，另1块跟踪，组成冗余I/O网。

1 、 LC卡原理

LC卡是一块高性能智能型的双回路控制卡，其中，8路AI可用于被控制回路的模拟反馈信号的采集，2路AO可作为模拟回路的控制指令，其输出是4 ～20mA的电流信号；4路DI和4路DO可用于开关回路的控制。

1.1 主要特点

1）80C31微处理器控制，主频11.0592MHz。
2）8x16K的程序存储器27C128，8x2K的数据存储器6116。
3）系统总线隔离驱动。
4）输入/输出信号完全隔离，隔离电压达1500V。
5）8路新型电子开关（隔离电压达400V，切换时间＜0.5mS。
6）12位AD（模拟量/数字量），转换速度25μS，误差±1LSB。
7）看门狗自我监测。
8）串行RS-232动态调试。
9）6 LED状态指示。
10）延迟上电，可带电插拔模板。
11）全新低功耗设计，Pmax ＜4.4W。

1.2 结构组成和工作原理

其原理框图见图3。

图3 LC卡原理图

1）中央处理单元。该部分电路是LC卡的核心，主要由80C31微处理器、27C128程序存储器（EPROM）、6116数据存储器（RAM）组成，其中的监控程序负责AI/DI信号的采集、AO /DO信号的输出，并保持与上位机（BC卡）的通讯。
2）模拟量输入。LC卡共采集9路模拟量，8路外部信号（0~5V），1路零漂用于修正放大器的误差。模拟量输入主要由以下环节组成：电子开关阵列，模拟量 / 数字量转换线性调节，可编程放大器与增益微调。
3）模拟量输出。LC卡共有2路模拟量输出，主要由以下环节组成：数字量/模拟量转换，隔离放大器，放大倍数为1，电流输出环，电流输出环将隔离放大器输出的电压转变为0 ～20mA的电流信号。
4）开关量输入/输出。LC卡的开关量均采用光电隔离，4路DI经光隔输入至8位并行端口，由LC卡监控程序迅速采样，4路DO经光隔输出驱动端子板上的24V继电器。

LC卡与LC-TB配合使用，面板及元器件面简图见图4。

图4 LC卡面板及元器件

2、 LC卡通讯中断统计

2.1 2003年5月，#3机组LC卡通讯中断，复位后恢复，5月31日，新华控制工程公司服务部唐工带一块新LC卡赴现场更换。
2.2 2004年12月20日，唐工在赴现场处理DPU主机卡服务期间，发现系统积灰严重，部分风扇已堵转，易造成散热不良或静电积聚，导致损坏卡件和主机卡。
2.3 2005年1月28日，#4机组出现同样的LC卡通讯中断现象。
2.4 2005年2月7日，#4机组再次出现同样的LC卡通讯中断现象。
2.5 2005年4月1日，服务部周工在现场配合一次调频调试时，接报#4机组使用的新LC卡又发生LC卡通讯中断，小机转速调门失控事故现象，小机在正常运行中，突然光子牌发出“小机上水方式异常”报警，小机转速失去控制，汽包水位波动，运行人员立即稳定负荷，并通过小机再循环控制阀调节再循环流量，控制水位稳定。热工人员检查发现控制小机转速的LC卡通讯灯熄灭，工作指示灯闪烁仍在工作，但是卡件的输出不再变化，转速失去控制。
2005年4月4日，检查LC卡版本和程序均正确，核对该卡件的硬件编码序列号，发现即为新华公司1月底寄出的新LC卡。

3、 LC卡失控原因分析

从故障报警和故障现象分析判定，小组成员一致认为造成小机转速失控的原因是LC卡与BC卡件之间的通讯失败，中断，LC卡失控。综合现场情况，产生通讯失败原因分析，初步认为是LC卡长期运行在积灰环境下，元器件性能下降，抗干扰能力降低，在受到干扰的情况下，导致卡件工作异常。

具体表现在1）外部干扰问题，包括接地的干扰、信号干扰。2）卡件之间连接件的接触问题，包括连接插头、插座、焊点、印刷电路。3）卡件工作电源的干扰。3）软件的干扰。4）LC卡带负载的大小是否影响LC的工作，既LC卡的带负载能力。5）BC卡的问题造成LC卡通讯中断。

4、采取措施

4.1更换新LC卡和BC卡。

将原来使用的控制低调门的LC卡件更换为新卡。厂家无偿更换一BC卡。

现场使用的早期LC卡，因为在生产中将卡件上的EPROM更换为80C31芯片，需要对少量电路进行修改，所以，对原有的印板电路进行了割线和飞线的改动，这些改动新版的LC卡中进行了印板电路的更改，故现在带到现场的LC卡与早期的LC卡从外观上略有不同，但卡件的控制原理相同。

4.2指令冗余。

若要实现LC卡冗余的设想，所有信号必须都要能够提供双路，实施难度大，因此，采用AO卡与LC卡进行控制指令冗余的方案，如图5所示。

图5 LC9/LC5切换逻辑组态

由于MEH系统中不存在AO卡，考虑到MEH系统和DEH系统需要分开，故决定不利用DEH系统中备用AO卡通道，而是另外增加硬件实施以上冗余方案。

正常工作时，MEH指令通过LC卡输出，当MEH出现异常情况时，自动或手动切换LC卡的输出到另一路备用的控制输出，备用的输出通道在备用状态时，始终跟踪阀门的实际反馈。

当前控制低调门的LC9卡故障，CRT画面中“M“黄闪报警，3秒后自动切换投入冗余LC5卡件，低调门有2mm行程的波动，由当前的“切除冗余”绿色按钮自动切换至“投入冗余”红色按钮，运行人员可以在软手操方式选择“切除冗余”和“投入冗余”按钮，通过增减指令控制低调门，当 LC5卡件故障“E”黄闪报警，千万不要点击“投入冗余”按钮，DEH（3-8）DO卡件故障，“H”黄闪报警，同时继电器失电，触点处在“切除冗余”方式，在硬手操方式不能进行“切除冗余”和“投入冗余”的操作。

切换输出分成下列几种情况。

1）当DPU检测到LC卡故障时，DPU自动切换输出。
2）LC卡在自检中显示异常，MEH在自动情况下，阀门的指令和实际阀门的反馈偏差大于10%且延时3秒后，MEH自动切换到软手操，3秒后切换输出指令。
3）LC卡在自检中显示正常，MEH在自动情况下，阀门的指令和实际阀门的反馈有偏差，运行人员切MEH到硬手操后，增减操作无效时，由运行人员在CRT画面上，手动切换输出。
4）LC卡恢复正常后，需要运行人员在CRT画面上操作投入按钮，将输出指令由AO切换到LC卡输出。

4.3增加高限块。

由于MEH系统CCS要求转速大于5600rpm后，CCS要求转速要快速累加到一较大值，当CCS要求转速降到5600rpm以下时，要经过较长时间才能克服累加到的较大值，对汽包水位控制不利，经研究决定，MEH系统中，CCS要求转速增加5600rpm高限功能。

4.4检查并整改接地系统。

4.4.1 I/O卡箱背面右下角处无接地线，实际上，XDPS系统I/O卡箱背面右下角处接地是卡件37芯连接电缆屏蔽层的接地，一般通过总线板的固定螺钉与机柜地相连，达到接地的目的，对于目前的系统设计，考虑到其特殊性，在印板的固定螺钉上，增加了一根接地线至机柜的CG地，以确保37芯电缆屏蔽层的良好接地，无论是否有该接地线，卡箱对机柜的接地都是满足系统要求的，即MEH系统I/O卡箱背面右下角无接地线对系统的正常运行是没有影响的。

图6 I/O卡件箱背面

4.4.2 对MEH系统的接地情况进行检查，接地网是否独立，接地线是否压接牢固，绝缘皮是否有破损，接地线的线径是否满足厂家说明书要求，信号线屏蔽层的接地检查、测试。

对MEH的接地进行测量，机柜与底座不绝缘，发现固定底座的4个螺丝绝缘处理不合适，打开柜角材料，用磨光机磨掉原螺丝，新螺丝下面加钢纸垫套黄蜡管后，从下往上穿，下面用呆扳手或套筒固定住，上面套绝缘套后用螺丝拧紧，对螺丝进行绝缘处理后，发现机柜与地仍不绝缘，将MEH、DEH柜吊开，待DEH柜绝缘处理合格后，MEH柜绝缘合格。测试情况如表1。

说明：新华公司最新说明书要求机壳与底座绝缘，经过处理已经达到要求（均＞5MΩ）。

制作DCS和DEH、MEH系统接地网材料，小修前把接地网做好，小修期间把#4机组的接地线改接到新做的接地网上。小修后将系统地、屏蔽地、安全地在机柜内短接， 100 mm2铜电缆引至独立的接地点。

对MEH系统机柜浮空的要求已经满足，新的接地点安装工作已经结束，经过精密测试接地电阻＜0.3Ω，并经过验收合格。

3m地桩和铝排制作安装与电气接地点连接接地电缆与铝排焊接

4.5 对卡件之间连接件环节进行检查。

包括连接插头、插座、焊点、印刷电路是否完好，有无破损、摩擦、虚焊的现象，并对备用槽位进行检测测试，把LC卡改为使用备用槽位工作，改移后一定要通过静态、动态试验验证，方可投入运行。

对MEH系统卡件之间连接件的接触情况，包括连接插头、插座、焊点、印刷电路进行了检查，MEH卡件电容、各插头插座针脚无发黑、虚焊等异常现象，柜内各个接线端子紧固。

4.6 系统清灰。

MEH卡件清灰，未有严重积灰现象，各个风扇清灰，加入钟表油、黄油；发现有一风扇不转，更换风扇。

4.7卡件工作电源电压稳定性测试，交流成分测试。

在小修停机前1小时内进行卡件输入、输出的干扰测试，测试前要做好相应的安全措施，测试结果如表2。

干扰测试

4.8提高内存容量

原CPU内存负荷率70%，将#3机更换下来的一块16M的内存插到#4机CPU主板上，使#4机组内存容量由16M增加为32M，CPU内存负荷率由70%降到40%。

4.9LC卡输出4～20mA模拟量信号的负载能力进行试验

检查在输出信号为满度时，长时间（10小时以上）是否对LC卡工作有影响。将可变电阻串入控制低调门的指令中，增加可变电阻值，LC卡硬件说明书要求LC卡最大负载能力是600Ω，实际LC卡最大极限带负载能力是4900Ω，在此基础上每增加10Ω，指令降低0.2mA。带负载时间6小时，拔出LC卡观测元器件温度，未发现高温高热现象。

结束语

通过试验验证，在“切除冗余”和“投入冗余”的操作中，有3.3%的概率会发生低调门全关的现象，原因主要有：1）逻辑中两个DO输出运算周期不同步，使一个继电器动作时间早，另一个继电器动作时间慢，出现两个继电器切换不同步现象，2）两个继电器本身的动作时间有差异，需要研究最完善的方案。

参考文献
［1］新华控制工程有限公司.MEH-ШA系统说明［Z］.上海：新华控制工程有限公司，2000.
［2］新华控制工程有限公司.MEH-ⅢA安装调试手册［M］.上海：新华控制工程有限公司，2000.
［3］侯典来.300MW机组汽动给水泵控制系统应用探讨［J］.深圳：控制与传动，2004.（1）：51-53
［4］侯典来. MEH-ⅢA控制系统应用与升级，e-works控制系统，2005：http://www.e-works.net.cn

作者简介：侯典来(1963-)，男，山东梁山人，汉族，1985年毕业于山东工业大学，工学学士学位，高级工程师，中国仪器仪表学会高级会员，主要从事火电厂基建安装调试和生产检修工作。E-mail:hdlacc@163.com ,Website: http://www.acc.1a.cn

A Communication Cuts Off the Question Discussion in LC Card
HOU Dian Lai
(Department of I＆C, China Guodian Corporation Heze Power Plant, Shandong 274032, China)

Summary : Through cutting off the analysis of the phenomenon to a communication of LC card ,Find out the reason , Aopt the countermeasure, Including the cabinet floats emptily, the order is redundant, Make such multiple measures as special-purpose earth network ,etc., Guarantee MEH system long cycle safe operation.
Keyword: LC, Communication, Cuts Off(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2005)


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