集散控制系統(tǒng)中自診斷與測試維護

1  集散控制系統(tǒng)自診斷功能 1.1  系統(tǒng)自診斷 　　集散控制系統(tǒng)的自診斷功能主要是指每秒對系統(tǒng)軟件、硬件及其插卡、通道等進行檢查，一旦出現(xiàn)故障，操作站發(fā)出系統(tǒng)報警信息，報告故障發(fā)生時間、故障點的物理位置及故障原因、類別等，在CRT上顯示這些信息，發(fā)出音響，并打印信息以及存人硬盤。例如可檢測電池是否有電、風扇的正常與否，I/O卡件的好壞。CPU卡、通訊卡、電源卡、通訊總線的好壞也可在操作站上顯示出來，并自動提示詳細的故障信息。在操作站上還可以顯示項目名稱，軟件版本號，項目生成時間以及CPU空閑時間等。 　　系統(tǒng)的自診斷功能，可以診斷至模件級的故障。對于控制器故障、通訊網(wǎng)絡故障、輸入/輸出信號異常、I/O模件故障以及冗余備份等進行診斷，并自動提示詳細的故障信息。操作站采用雙重化鏡像硬盤，分立單元模件。 　　實時通信網(wǎng)絡V-NET是高速實時控制雙重化令牌網(wǎng)，速度為10Mbps，通信協(xié)議符合IEEE802.4，兩條V-NET以200次/s的速度交互通信，一旦一路有故障，另一路立即工作，切換時間幾乎為零。 1.2  現(xiàn)場控制站及自診斷 　　現(xiàn)場控制站機柜以及操作站為微正壓機柜，設置風扇單元強制散熱。風扇單元設有空氣過濾網(wǎng)。柜內(nèi)裝有導電門分封墊條，以提高抗射頻干擾(RIF)的能力?，F(xiàn)場控制站機柜以及操作站機柜設有智能環(huán)境監(jiān)測裝置。HKU(House Keeping Unit)對柜內(nèi)電源、風扇、溫度等環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)視。并將出現(xiàn)的報警信息傳送到CRT屏幕上。電源和信號電纜從機柜底部進線，機柜內(nèi)預留有充足的空間，可進行接線。機柜內(nèi)的端子排和端子有清晰的標志，I/O模件端子為自鎖端子，便于安裝。 　　接線、端子排、電纜夾頭，電纜的走線槽以及接線槽均由非燃燒性材料制造。集散控制系統(tǒng)內(nèi)設備之間和機柜與控制盤和中間繼電器柜之間，組件、處理器模件和I/O模件之間的連接為電纜連接。這些均為專用的電纜，這些電纜符合IEEE防火標準。 　　現(xiàn)場控制站中央控制單元FCU采用4個CPU容錯冗余技術，可以實現(xiàn)在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)不斷地控制。模件采用集成度高、散熱量低的固態(tài)電路以及表面封裝技術，防塵、抗干擾能力強。模件帶電插拔不會引起本模件故障，也不會影響到其他模件的正常工作。模件插拔都有導軌和聯(lián)鎖裝置，防止損壞或引起故障。 　　系統(tǒng)接地電阻小于100Ω。過程輸入是在輸入模件中進行工程單位數(shù)據(jù)轉換，內(nèi)部數(shù)據(jù)以工程單位數(shù)據(jù)進行處理。在功能塊之間以工程單位數(shù)據(jù)進行傳遞和接收。過程輸出是0～100％數(shù)據(jù)。通過采用多項高可靠性尖端技術，使系統(tǒng)具有極高的抗干擾、耐環(huán)境等特點。 　　控制用輸出I/O模件采用了高分散的單片卡。模擬量輸入I/O模件為16路多路卡件，I/O模件帶有8MHz高速微處理器(μP)及A/D、D/A轉換器的智能化卡件。在I/O卡件中，能夠進行輸入輸出處理、數(shù)字濾波、工業(yè)量程換算、線性運算、熱電偶冷端補償、I/O開路檢查、故障判斷等功能。 　　對于模擬量輸入模件，能夠承受端子的短路，且不影響其他模件。輸出模件采用光電隔離技術，并有過負荷保護措施。在系統(tǒng)的機柜內(nèi)，任一模件的電源被拆除，都將發(fā)生報警，并在操作站上顯示。并將受此影響的控制回路切至手動。對變送器的供電回路有單獨的熔斷器，熔斷器便于更換。 2  測試功能 　　集散控制系統(tǒng)的測試功能增加了現(xiàn)場控制站的控制功能。應用測試軟件，可不必連接現(xiàn)場的信號線，對控制系統(tǒng)做靜態(tài)調(diào)試，然后再進行動態(tài)調(diào)試。每一個結構化的控制功能均可以獨立地測試。這樣可以檢查出控制功能方面的錯誤，并予以改正。 　　測試功能可以模擬數(shù)據(jù)I/O和現(xiàn)場控制站操作，允許在沒有實際I/O或者I/O裝置的情況下，執(zhí)行測試功能，直到整個測試完成。測試功能分為兩種：一種是沒有現(xiàn)場控制站，稱為離線測試；另一種是有現(xiàn)場控制站，稱為目標測試。離線測試和目標測試采用不同的測試外境。 2.1  離線測試 　　在離線測試時操作站和現(xiàn)場控制站是不需要的。離線測試使用現(xiàn)場控制站仿真器，這是在工作站上模擬現(xiàn)場控制站功能和作用的軟件。也就是說現(xiàn)場控制站仿真功能是指用一臺模擬器來檢測控制站功能及操作。使用現(xiàn)場控制站模擬器僅需一臺工程師工作站，允許對當前正在運行的系統(tǒng)做必要的修改，而不需要一臺實際現(xiàn)場控制站。例如：模擬I/O和過程數(shù)據(jù)的狀態(tài)改變。但是與實際現(xiàn)場控制站相比較，在下面幾個方面，處理速度和控制時間是不同的。 　　(1)現(xiàn)場控制站仿真器是以標準速度掃描數(shù)據(jù)，不是中速或者高速。 　　(2)I/O模件的處理不能被仿真。 　　(3)對現(xiàn)場控制站仿真器，連接傳輸是無效的。 2.2  目標測試 　　目標測試采用實際現(xiàn)場控制站，目標測試不需要任何I/O卡和任何I/O測試裝置。用目標測試可以測試精確的處理速度和控制時間。如果需要實際的過程時間或性能，只能采用目標測試。測試功能可以運行在一個工作站上。 2.3  測試的步驟 　　(1)生成源數(shù)據(jù)庫來描述控制功能； 　　(2)初始化測試功能； 　　(3)選擇測試模式； 　　(4)將要選擇測試功能的數(shù)據(jù)庫下裝到FCS仿真器； 　　(5)創(chuàng)建狀態(tài)窗口：狀態(tài)窗口是把測試目標的操作狀態(tài)顯示在窗口中，就像在操作站操作畫面一樣； 　　(6)創(chuàng)建用于測試的操作站數(shù)據(jù)庫并且初始化操作站程序； 　　(7)初始化FCS仿真器。即改變運行狀態(tài)，激活FCS仿真器； 　　(8)設置測試環(huán)境：對掃描周期、單步執(zhí)行的頻率、連線進行設置。并設置記錄文件，設置斷點； 　　(9)輸人數(shù)據(jù)，打開狀態(tài)窗口，執(zhí)行測試； 　　(10)校正源數(shù)據(jù)庫，下裝再一次執(zhí)行測試，最后終止測試。 　　使用測試功能，可以使被測試項目的運行狀態(tài)就像真正顯示在操作站畫面上那樣，顯示在工作站上。因此，在運行測試功能時，可以觀察實際操作情況，并能有效地測試現(xiàn)場控制站。降低工程費用。 2.4  測試功能的組成 　　測試功能由4部分組成，分別是測試目標執(zhí)行功能，測試環(huán)境設置功能，連線功能和測試結果報告功能。測試目標執(zhí)行功能對下裝到FCS或FCS仿真器的測試目標即控制站的數(shù)據(jù)庫，完成全過程執(zhí)行、單步執(zhí)行、設斷點和停止操作等功能。連線功能完成連線設置、改變連線常數(shù)、連線數(shù)據(jù)的自動生成和連線操作。 2.5  測試功能所使用的文件 　　測試功能使用控制功能的數(shù)據(jù)庫文件和存儲連線數(shù)據(jù)的其他文件等等。 　　測試功能使用的文件分別是工作文件Work Files，Master Files和用戶備用文件User Back-up Files。Work Files中包含有系統(tǒng)生成鍵人或修改的數(shù)據(jù)。Master Files中包含的數(shù)據(jù)與裝載到FCS或FCS仿真器中的數(shù)據(jù)相同即控制功能數(shù)據(jù)庫和連線數(shù)據(jù)。User Back-up Files包含有統(tǒng)生成組態(tài)創(chuàng)建的暫時數(shù)據(jù)。它既不能下裝到FCS，也不能下裝到FCS仿真器。 　　(1)工作文件Work File是由存儲Save或Save&Check的操作創(chuàng)建而生成。Work File是指暫時保存組態(tài)定義數(shù)據(jù)，但還沒有裝到目標機FCS或操作站上。當Work File的內(nèi)容成功地裝載到目標機上，工作文件Work File將成為Master File，同時Work File將被刪去。 　　(2)Master File由下裝Load或者在線下裝Online Load操作創(chuàng)建而生成。Master File保存的組態(tài)定義文件數(shù)據(jù)與要下裝到目標機上Work File的組態(tài)定義文件數(shù)據(jù)是一致的。Master File來自于Work File。利用組態(tài)可以調(diào)出或改變Master File的數(shù)據(jù)。當建立好Master File之后，再調(diào)出Master File中的信息和數(shù)據(jù)進行修改，隨后進行Save操作，改變的數(shù)據(jù)將會存儲到Work File中。直到完成Load操作，改變后的數(shù)據(jù)才會保存到Master File中。即此時Master File才會改變數(shù)據(jù)。 　　(3)用戶備用文件User Back-up Files由Save With Other Name的操作創(chuàng)建而生成。用于保存與生成任務不直接相關的信息。 　　測試功能的文件Work File和Master File被分別劃分為源文件和目標文件。源文件包含有可以用系統(tǒng)生成組態(tài)創(chuàng)建或修改的文本格式或數(shù)據(jù)。目標文件包含有編譯Work File的結果，以便能夠下裝到FCS或FCS仿真器。 3  下裝與維護 3.1  離線下裝 　　當組態(tài)完畢后需要進行下裝。下裝可分為離線下裝和在線下裝。當進行FCS的離線下裝時，所有FCS的功能暫停。所有FCS的數(shù)據(jù)庫寫入到FCS中。與FCS相關的過程輸入/輸出定義信息寫入到過程輸入/輸出卡中。并下裝標準程序、標準數(shù)據(jù)庫和過程輸入/輸出定義的信息和數(shù)據(jù)。 3.2  在線下裝 　　組態(tài)鍵人完畢后，需要先對FCS做離線下裝，使FCS正常運行以后再做在線FCS下裝。當在線FCS下裝時，不停止FCS的控制功能，只是暫停在線組態(tài)已經(jīng)改變的FCS數(shù)據(jù)庫部分。 　　在線下裝是要寫入到FCS的內(nèi)存。在線下裝可以改變站的公共定義和共享常數(shù)，過程輸入/輸出，全局開關和常用開關，通信網(wǎng)絡V-NET構成信息以及報警處理定義。對于控制回路圖的增加、減少和改變，功能塊的增加和改變，執(zhí)行順序的改變，以及將功能塊移動到其他的控制回路圖中均可以在在線下裝中完成。 3.3  在線維護 　　對于通常的系統(tǒng)，在不停止CPU的情況下，在線維護功能能夠部分地修改控制功能或增加一些控制功能。在線維護功能能夠獨立地適應于每個控制區(qū)域。在線維護功能允許數(shù)據(jù)庫以每一個控制區(qū)、控制圖和功能塊為單位進行生成和下裝而不用中斷FCS的操作。但是在線FCS組態(tài)可以修改或改變的定義項有所限制。也就是說，在線FCS組態(tài)不可以改變或修改每一個定義畫面的所有項。 3.4  系統(tǒng)維護 　　系統(tǒng)維護功能主要包括系統(tǒng)維護、系統(tǒng)報警信息顯示、FCS狀態(tài)顯示、操作站本站狀態(tài)顯示、等值化功能和操作設置功能。 　　FCS狀態(tài)顯示可以顯示控制站信息、控制站狀態(tài)、控制區(qū)域的狀態(tài)以及控制站的構成。在FCS狀態(tài)顯示 畫面中，可以進行控制站的啟動和停止，參數(shù)的存儲、下裝I/O模件等。I/O模件狀態(tài)顯示窗口可以顯示節(jié)點注釋、節(jié)點狀態(tài)、電源狀態(tài)。并顯示與I/O模件通信的狀態(tài)以及溫度監(jiān)視的情況。正常為綠色，故障為紅色，故障時并帶有“?”標記。 　　現(xiàn)場控制單元的CPU卡完成控制運算，監(jiān)視CPU卡，監(jiān)視電源狀態(tài)、風扇轉數(shù)和FCU內(nèi)部溫度，當發(fā)現(xiàn)以上任何特性異常，則CPU卡將發(fā)生報警。 　　操作站狀態(tài)顯示可以顯示操作站的信息、操作站狀態(tài)、操作站的組態(tài)，可設置操作站的操作模式，設置報警總貌畫面中的顯示模式，設置打印機的模式等?？赏ㄟ^此畫面下方的軟鍵，分別切換到系統(tǒng)維護菜單畫面，切換到操作選擇設置畫面，進行SCSI口連接以及切換到系統(tǒng)總貌顯示畫面。 　　操作站的操作選擇設置畫面可以顯示操作站信息如：項目名、版本號、操作站的站名?？梢赃M行操作站觸屏方式的設置，可以初始化觸屏，校正觸屏以及進行語音輸出音量的控制。并且可通過此畫面下方的軟鍵，切換到維護菜單畫面和系統(tǒng)總貌顯示畫面。 4  結束語 　　雖然集散控制系統(tǒng)型號各異，但是不同廠家DCS系統(tǒng)的組態(tài)方法基本類似。當組態(tài)完成之后，均需將系統(tǒng)組態(tài)，操作站組態(tài)，操作員應用組態(tài)，流程圖組態(tài)存儲、檢查、編譯、下裝到操作站上。將控制站組態(tài)下裝到控制站上。要使集散控制系統(tǒng)正常投入運行，系統(tǒng)自診斷、下裝、維護、測試等功能對于系統(tǒng)運行起著極其重要作用。因此分析研究DCS的自診斷、維護與測試具有及其重要的意義。