李浩（徐州华润电力有限公司，江苏 徐州 221000）

基于S908架构的一种疑难故障的处理

李浩（徐州华润电力有限公司，江苏 徐州 221000）

基于S908架构的Quantum PLC系统运行时间长了，可能会产生丢帧现象，而丢帧可导致各种疑难故障的发生。本文分析了故障原因，给出了解决办法，预防了安全生产事故的发生。

S908；丢帧；同轴电缆

施耐德Quantum PLC系统应用广泛，在电厂的辅控系统中占有大部分市场。众所周知，与DCS相比，PLC不仅价格较低，而且可靠性较高，恶劣环境下适应能力较强。其物理结构如图1所示。

图1 PLC物理结构

PLC系统以本地子站作为分界线，上层网采用工业以太网Ethernet IP协议，物理介质为双绞线；下层网采用S908协议，物理介质为同轴电缆。PLC系统一般情况下故障不多，但因为下层网使用了同轴电缆作为通讯介质，投送时间长了很可能会导致一种疑难故障的出现。

1 故障现象

1.1 故障现象1

某PLC系统气动门、现场门没有动作，但上位机画面上时而出现开到位信号消失现象，导致系统非正常运行退出。经检查，现场行程开关接触良好，开到位信号回路没有问题，DI通道也正常（DI通道指示灯常亮）。在线肉眼观察实时逻辑，看不出开到位信号有消失的现象。为了排除因逻辑中线的颜色变化太快而肉眼观察不到的因素，做了一条指令锁存逻辑（见图2，第一个常开接点为系统运行信号，第二个下降沿接点为门开到位信号，当回路通时，S线圈置位；回路断开，线圈状态保持不变）。结果发现，此DI信号确实有肉眼看不到的短暂消失。

1.2 故障现象2

某单电控气动门，系统运行时由PLC发出长指令，维持此门打开；若指令消失，此门电磁阀靠弹簧力复归，气动门关闭。系统投入运行2年多后，此气动门常常反复自动开关。经检查，确实是指令振荡引起的门的误动（可看到DO通道指示灯的变化）。但在线肉眼观察实时逻辑，未发现开指令消失；为了排除因逻辑中线的颜色变化太快而肉眼观察不到的因素，做了一条指令锁存逻辑（见图2，第一个常开接点为系统运行信号，第二个下降沿接点为门开指令信号，当回路通时，S线圈置位；回路断开，线圈状态保持不变）。结果发现，开指令信号确实未消失过。

图2 锁存逻辑

2 故障分析

经过分析，以上两种故障虽然现象不同，但本质上是一样的，都是由基于S908架构的PLC系统主/从站之间通讯“丢帧”所引起的。

2.1 丢帧的危害

我们知道，远程子站通过A/B两路同轴电缆，遵循S908协议，和本地子站CPU交换信息，每个信息帧都包含了不同的输入信号和输出指令。那么，如果某些帧错误或丢失，势必有一段时间，本地子站CPU收不到输入信号，远程子站收不到输出指令。

（1）对于CPU来说，在收不到输入信号的时间里，原来的设备状态消失，而由设备状态驱动的逻辑段，则会计算出错误的结果，引起设备误动，严重的会引起不可预知的安全生产事故。

（2）对于远程子站来说，在收不到指令的时间里，输出信号消失或翻转，引起设备误动，同样会引起不可预知的安全生产事故。

由以上分析可知，丢帧的危害极大。

2.2 丢帧的原因

（1）同轴电缆与分支器/分离器接头的地方松动或长时间氧化而接触不实。丢帧大部分情况下由此引起。

（2）分支器/分离器质量不好或受到损伤或老化而性能下降。一般强雷击会导致有些分支器/分离器性能下降。

（3）CRP/CRA模块质量不好或受到损伤或老化而性能下降。这种情况比较少见。

（4）外界强电磁干扰。应用PLC控制的斗轮机、翻车机，因为同时使用大功率变频器，如果安装位置靠近PLC系统，则干扰较强，常常出现莫名其妙的故障。据施耐德公司统计，平圩发电厂、徐州华润电力有限公司等厂都出现过类似的事件。

2.3 丢帧查看方法

2.3.1 查看每个子站的CRA模块

若通讯不好，丢帧频繁，则模块面板上会有“Err A”或“Err B”红灯闪烁，“Err A”闪烁代表A网通讯丢帧；“Err B”闪烁代表B网通讯丢帧；两个都闪，则A、B网通讯都不健康。闪烁频率越快，丢帧越多。

2.3.2 查看通讯系统字

Quantum系统字%SW536至%SW640存储了整个系统的通讯状态信息。每个子站分配3个状态字，第一个状态字显示工作站的全局通讯状态，第二个状态字是本站同轴电缆A的全局通讯错误计数器，第三个状态字是本站同轴电缆B的全局通讯错误计数器。各个系统字存储数据的具体含义见图3和图4。

在UnityPro软件的动态数据表里，输入各个系统字，可查看各分站A、B网的通讯状态。字变化越快，代表在单位时间里，丢帧越多。

3 解决方法

3.1 硬件方面

（1）通过紧固或重做接头、更换分支器/分离器、更换CRP/ CRA模块、消除电磁干扰等措施，消除“Err A”或“Err B”报警。

图3 通讯状态系统字说明1

图4 通讯状态系统字说明2

（2）升级PLC系统

为了一劳永逸，可选择升级PLC系统。2011年，施耐德公司正式推出了工业以太网架构的PLC系统，即下层网由S908协议改为工业以太网协议，通讯介质由同轴电缆改为双绞线。具体参数对比见表1。

表1 系统参数对比表

可以看出，系统升级后，子站之间的连接由同轴电缆改为双绞线，优点如下：

（1）由于使用了RJ45接头，同轴电缆与分支器/分离器接头的地方松动或长时间氧化而接触不实的问题彻底解决。

（2）不再使用分支器/分离器，不会再受雷击影响。

（3）由于使用了双绞线，而双绞线的抗干扰能力明显强于普通同轴电缆，故基本消除了外界强电磁干扰。徐州华润电力有限公司斗轮机PLC控制系统已由S908架构改为工业以太网架构，效果良好。

3.2 软件方面

消除同轴电缆的“Err A”、“Err B”通讯错误报警，当然可以解决“丢帧”所引起的故障。但是，这只能维持一段时间，由于同轴电缆的特性，时间长了，仍然会“丢帧”。那么，在“丢帧”发生时，如何保证系统的安全稳定运行呢？

（1）对于输入信号，需要在程序中加入延时失电逻辑块，可防止信号抖动，起到滤波作用。

（2）对于输出信号，则需要修改子站和输出模块的配置参数。可先修改子站“Drop hold up time”参数，最大1.2s，默认300ms（见图5）；如果仍存在问题，可以打开输出模块，将“超时状态”参数改为“保留上次的值”即可（见图6），等同于“断信号保持”功能。

图5 子站参数修改

图6 输出模块参数修改

4 结语

下层网基于S908架构的施耐德PLC控制系统时常会发生一些莫名其妙的故障。经过研究，这些故障基本上都是由下层网通讯“丢帧”引起的。“丢帧”对于S908来说很常见，但所导致的现象追查起来却有点困难。通过本文的分析，解释了故障原因，给出了解决措施，希望对同行们的工作能起到借鉴作用。

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，江苏铜山人，硕士，高级工程师，研究方向为热工自动化及计算机控制，现从事发电厂热工维护与技术管理工作。