现场总线设备通信故障的分析及解决

刘伟兴

(广东粤电大埔发电有限公司，广东 梅州 514000)

现场总线设备通信故障的分析及解决

刘伟兴

(广东粤电大埔发电有限公司，广东 梅州 514000)

随着现场总线通信技术的推广普及，火力发电厂越来越普遍使用现场总线控制系统。针对某电厂现场总线设备通信发生的故障，通过使用现场总线诊断工具proftrace分析及具体检查，查找出故障原因为子站终端电阻拨码开关拨错及现场总线接线板屏蔽线松脱，从而快速有效地排除了故障。

现场总线设备；通信故障；冗余控制器；光电转换器；终端电阻

0 引言

某电厂共有2台660 MW超超临界燃煤发电机组，锅炉为SG-2037/26.15-M6010型，2 037 t/h超超临界压力直流锅炉；汽机为一次中间再热、三缸、四排汽N660-25/600/600型汽轮机。1号机组于2015-12-26投入商业运行。全厂(包括主控、辅控系统)采用现场总线控制系统(FCS)，控制系统为南京西门子SPPA T-3000，使用Profibus DP/PA现场总线通信协议。

Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，实现工厂综合自动化和现场设备智能化的一种通信技术。Profibus传输速率从9.6 kbit/s到12 Mbit/s不等，取决于网络拓扑和总线长度。为保证DP设备的传输速率达到500 kbit/s，DP从站设备总线网段长度不超过400 m；为保证PA设备的通信速率达到32.25 kbit/s，PA从站设备总线网段长度不超过1 200 m。

1 现场总线网段结构介绍

该电厂单元机组共25对控制器，61个DP网段，73个PA网段，其中F磨煤机系统相关的电动阀门执行机构由10CRB06冗余控制器控制，冗余控制器通过冗余主站卡(CP443-5 Profibus Master)控制现场设备，网段结构如图1所示。冗余主站卡通过冗余光电转换器(OLM G11)与布置在现场的现场总线通信箱(10CRB06GH002)中的光电转换器(OLM G11)通过光纤连接。现场总线通信箱中的光电转换器与现场子站设备，即各台执行机构通过冗余的DP总线电缆连接。

如图1所示，该网段有8台冗余的DP子站现场总线设备，分别为F给煤机冷一次风调节挡板(地址40)、F层等离子点火蒸汽暖风器入口电动门(地址46)、F层等离子点火暖风器旁路电动门(地址47)、F磨煤机冷一次风调节挡板(地址41)、F磨煤机热一次风调节挡板(地址42)、F磨煤机密封风调节挡板(地址43)、F磨煤机热风隔绝门密封风电动挡板门(地址44)、F磨煤机灭火蒸汽电动门(地址45)。

2 故障现象及检查情况

2015-10-06，该电厂1号机组冲管期间，相继发生了F磨煤机冷一次风挡板调节门电动执行机构、F磨煤机热一次风挡板调节门电动执行机构现场总线通信闪断现象，F磨煤机风量无法调节，导致F磨煤机跳闸。F磨煤机跳闸后，在现场总线通信箱(10CRB06GH002)中的光电转换器端使用现场总线诊断工具profitrace对F磨煤机冷、热一次风挡板调节门执行机构所在网段进行诊断，发现该网段通信压降异常，大部分子站通信电压不到3 V，正常情况为5 V，且通信波形不稳定，具体如图2，3所示。

图1 DP网段结构

图2 网段电压

图3 网段通信波形

3 原因分析

从图2分析，该网段中的8台现场总线DP设备压降均异常，现场总线设备通信电压3 V左右(正常为5 V)，存在低电压现象；初步判断为有源终端电阻电压补偿缺失，导致通信电压偏低，通信闪断。从图3分析，网段通信波形不稳定，存在梯形(脉冲)现象，由此初步判断现场总线电缆线芯及屏蔽电缆接触不良，接线存在虚接现象。

检查DP网段有源终端电阻是否已投入使用，终端电压补偿是否到位，现场总线电缆接线是否松脱，现场总线屏蔽是否完好等。经检查发现，网段子站设备最后一台电动执行机构，即F磨煤机灭火蒸汽电动门(地址45)终端电阻拨码开关拨至“ON”位，使得执行机构现场总线接线板自带的无源终端电阻起作用，消耗了总线能量，导致总线网段电压偏低。而作为回路终端的有源终端电阻(Terminator)被隔离，网段内所有子站设备未能得到有效的有源终端电压补偿，总线驱动能力较差(见图4)，且该执行机构现场总线接线板屏蔽线松脱，屏蔽线卡扣丢失。

4 解决方案

把子站设备F磨煤机灭火蒸汽电动门执行机构现场总线接线板上的终端电子拨码开关拨至“OFF”位，使有源终端电阻回路接通，提高总线驱动能力；增加现场总线屏蔽线卡扣把屏蔽线卡紧，并逐一检查每一台DP子站设备电动执行机构的接线并紧固。然后，使用现场总线诊断工具profitrace诊断，现场总线设备通信电压均为5 V，通信波形稳定。该网段内的现场总线子站设备重新投运后正常，未再出现通信异常。

图4 拨码开关及其所在回路

5 结束语

通过借助现场总线诊断工具profitrace诊断现场总线设备电压图形及通信波形，分析现场总线通信的故障原因，寻找到解决现场总线通信故障的方法，从而快速、有效地破解现场总线的通信故障难题，为现场总线设备通信故障的处理提供借鉴。

1 张  亮．智能变电站通信安全策略研究[J]．电力安全技  术，2015，17(1)：6-8.

2016-09-12；

2016-12-11。

刘伟兴(1980—)，男，工程师，主要从事热控专业基建、检修方面的工作，email：13923032582@139.com。