集散控制系统中自诊断与测试维护

1  集散控制系统自诊断功能 1.1  系统自诊断 　　集散控制系统的自诊断功能主要是指每秒对系统软件、硬件及其插卡、通道等进行检查，一旦出现故障，操作站发出系统报警信息，报告故障发生时间、故障点的物理位置及故障原因、类别等，在CRT上显示这些信息，发出音响，并打印信息以及存人硬盘。例如可检测电池是否有电、风扇的正常与否，I/O卡件的好坏。CPU卡、通讯卡、电源卡、通讯总线的好坏也可在操作站上显示出来，并自动提示详细的故障信息。在操作站上还可以显示项目名称，软件版本号，项目生成时间以及CPU空闲时间等。 　　系统的自诊断功能，可以诊断至模件级的故障。对于控制器故障、通讯网络故障、输入/输出信号异常、I/O模件故障以及冗余备份等进行诊断，并自动提示详细的故障信息。操作站采用双重化镜像硬盘，分立单元模件。 　　实时通信网络V-NET是高速实时控制双重化令牌网，速度为10Mbps，通信协议符合IEEE802.4，两条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，切换时间几乎为零。 1.2  现场控制站及自诊断 　　现场控制站机柜以及操作站为微正压机柜，设置风扇单元强制散热。风扇单元设有空气过滤网。柜内装有导电门分封垫条，以提高抗射频干扰(RIF)的能力。现场控制站机柜以及操作站机柜设有智能环境监测装置。HKU(House Keeping Unit)对柜内电源、风扇、温度等环境参数进行监视。并将出现的报警信息传送到CRT屏幕上。电源和信号电缆从机柜底部进线，机柜内预留有充足的空间，可进行接线。机柜内的端子排和端子有清晰的标志，I/O模件端子为自锁端子，便于安装。 　　接线、端子排、电缆夹头，电缆的走线槽以及接线槽均由非燃烧性材料制造。集散控制系统内设备之间和机柜与控制盘和中间继电器柜之间，组件、处理器模件和I/O模件之间的连接为电缆连接。这些均为专用的电缆，这些电缆符合IEEE防火标准。 　　现场控制站中央控制单元FCU采用4个CPU容错冗余技术，可以实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不断地控制。模件采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封装技术，防尘、抗干扰能力强。模件带电插拔不会引起本模件故障，也不会影响到其他模件的正常工作。模件插拔都有导轨和联锁装置，防止损坏或引起故障。 　　系统接地电阻小于100Ω。过程输入是在输入模件中进行工程单位数据转换，内部数据以工程单位数据进行处理。在功能块之间以工程单位数据进行传递和接收。过程输出是0～100％数据。通过采用多项高可靠性尖端技术，使系统具有极高的抗干扰、耐环境等特点。 　　控制用输出I/O模件采用了高分散的单片卡。模拟量输入I/O模件为16路多路卡件，I/O模件带有8MHz高速微处理器(μP)及A/D、D/A转换器的智能化卡件。在I/O卡件中，能够进行输入输出处理、数字滤波、工业量程换算、线性运算、热电偶冷端补偿、I/O开路检查、故障判断等功能。 　　对于模拟量输入模件，能够承受端子的短路，且不影响其他模件。输出模件采用光电隔离技术，并有过负荷保护措施。在系统的机柜内，任一模件的电源被拆除，都将发生报警，并在操作站上显示。并将受此影响的控制回路切至手动。对变送器的供电回路有单独的熔断器，熔断器便于更换。 2  测试功能 　　集散控制系统的测试功能增加了现场控制站的控制功能。应用测试软件，可不必连接现场的信号线，对控制系统做静态调试，然后再进行动态调试。每一个结构化的控制功能均可以独立地测试。这样可以检查出控制功能方面的错误，并予以改正。 　　测试功能可以模拟数据I/O和现场控制站操作，允许在没有实际I/O或者I/O装置的情况下，执行测试功能，直到整个测试完成。测试功能分为两种：一种是没有现场控制站，称为离线测试；另一种是有现场控制站，称为目标测试。离线测试和目标测试采用不同的测试外境。 2.1  离线测试 　　在离线测试时操作站和现场控制站是不需要的。离线测试使用现场控制站仿真器，这是在工作站上模拟现场控制站功能和作用的软件。也就是说现场控制站仿真功能是指用一台模拟器来检测控制站功能及操作。使用现场控制站模拟器仅需一台工程师工作站，允许对当前正在运行的系统做必要的修改，而不需要一台实际现场控制站。例如：模拟I/O和过程数据的状态改变。但是与实际现场控制站相比较，在下面几个方面，处理速度和控制时间是不同的。 　　(1)现场控制站仿真器是以标准速度扫描数据，不是中速或者高速。 　　(2)I/O模件的处理不能被仿真。 　　(3)对现场控制站仿真器，连接传输是无效的。 2.2  目标测试 　　目标测试采用实际现场控制站，目标测试不需要任何I/O卡和任何I/O测试装置。用目标测试可以测试精确的处理速度和控制时间。如果需要实际的过程时间或性能，只能采用目标测试。测试功能可以运行在一个工作站上。 2.3  测试的步骤 　　(1)生成源数据库来描述控制功能； 　　(2)初始化测试功能； 　　(3)选择测试模式； 　　(4)将要选择测试功能的数据库下装到FCS仿真器； 　　(5)创建状态窗口：状态窗口是把测试目标的操作状态显示在窗口中，就像在操作站操作画面一样； 　　(6)创建用于测试的操作站数据库并且初始化操作站程序； 　　(7)初始化FCS仿真器。即改变运行状态，激活FCS仿真器； 　　(8)设置测试环境：对扫描周期、单步执行的频率、连线进行设置。并设置记录文件，设置断点； 　　(9)输人数据，打开状态窗口，执行测试； 　　(10)校正源数据库，下装再一次执行测试，最后终止测试。 　　使用测试功能，可以使被测试项目的运行状态就像真正显示在操作站画面上那样，显示在工作站上。因此，在运行测试功能时，可以观察实际操作情况，并能有效地测试现场控制站。降低工程费用。 2.4  测试功能的组成 　　测试功能由4部分组成，分别是测试目标执行功能，测试环境设置功能，连线功能和测试结果报告功能。测试目标执行功能对下装到FCS或FCS仿真器的测试目标即控制站的数据库，完成全过程执行、单步执行、设断点和停止操作等功能。连线功能完成连线设置、改变连线常数、连线数据的自动生成和连线操作。 2.5  测试功能所使用的文件 　　测试功能使用控制功能的数据库文件和存储连线数据的其他文件等等。 　　测试功能使用的文件分别是工作文件Work Files，Master Files和用户备用文件User Back-up Files。Work Files中包含有系统生成键人或修改的数据。Master Files中包含的数据与装载到FCS或FCS仿真器中的数据相同即控制功能数据库和连线数据。User Back-up Files包含有统生成组态创建的暂时数据。它既不能下装到FCS，也不能下装到FCS仿真器。 　　(1)工作文件Work File是由存储Save或Save&Check的操作创建而生成。Work File是指暂时保存组态定义数据，但还没有装到目标机FCS或操作站上。当Work File的内容成功地装载到目标机上，工作文件Work File将成为Master File，同时Work File将被删去。 　　(2)Master File由下装Load或者在线下装Online Load操作创建而生成。Master File保存的组态定义文件数据与要下装到目标机上Work File的组态定义文件数据是一致的。Master File来自于Work File。利用组态可以调出或改变Master File的数据。当建立好Master File之后，再调出Master File中的信息和数据进行修改，随后进行Save操作，改变的数据将会存储到Work File中。直到完成Load操作，改变后的数据才会保存到Master File中。即此时Master File才会改变数据。 　　(3)用户备用文件User Back-up Files由Save With Other Name的操作创建而生成。用于保存与生成任务不直接相关的信息。 　　测试功能的文件Work File和Master File被分别划分为源文件和目标文件。源文件包含有可以用系统生成组态创建或修改的文本格式或数据。目标文件包含有编译Work File的结果，以便能够下装到FCS或FCS仿真器。 3  下装与维护 3.1  离线下装 　　当组态完毕后需要进行下装。下装可分为离线下装和在线下装。当进行FCS的离线下装时，所有FCS的功能暂停。所有FCS的数据库写入到FCS中。与FCS相关的过程输入/输出定义信息写入到过程输入/输出卡中。并下装标准程序、标准数据库和过程输入/输出定义的信息和数据。 3.2  在线下装 　　组态键人完毕后，需要先对FCS做离线下装，使FCS正常运行以后再做在线FCS下装。当在线FCS下装时，不停止FCS的控制功能，只是暂停在线组态已经改变的FCS数据库部分。 　　在线下装是要写入到FCS的内存。在线下装可以改变站的公共定义和共享常数，过程输入/输出，全局开关和常用开关，通信网络V-NET构成信息以及报警处理定义。对于控制回路图的增加、减少和改变，功能块的增加和改变，执行顺序的改变，以及将功能块移动到其他的控制回路图中均可以在在线下装中完成。 3.3  在线维护 　　对于通常的系统，在不停止CPU的情况下，在线维护功能能够部分地修改控制功能或增加一些控制功能。在线维护功能能够独立地适应于每个控制区域。在线维护功能允许数据库以每一个控制区、控制图和功能块为单位进行生成和下装而不用中断FCS的操作。但是在线FCS组态可以修改或改变的定义项有所限制。也就是说，在线FCS组态不可以改变或修改每一个定义画面的所有项。 3.4  系统维护 　　系统维护功能主要包括系统维护、系统报警信息显示、FCS状态显示、操作站本站状态显示、等值化功能和操作设置功能。 　　FCS状态显示可以显示控制站信息、控制站状态、控制区域的状态以及控制站的构成。在FCS状态显示 画面中，可以进行控制站的启动和停止，参数的存储、下装I/O模件等。I/O模件状态显示窗口可以显示节点注释、节点状态、电源状态。并显示与I/O模件通信的状态以及温度监视的情况。正常为绿色，故障为红色，故障时并带有“�”标记。 　　现场控制单元的CPU卡完成控制运算，监视CPU卡，监视电源状态、风扇转数和FCU内部温度，当发现以上任何特性异常，则CPU卡将发生报警。 　　操作站状态显示可以显示操作站的信息、操作站状态、操作站的组态，可设置操作站的操作模式，设置报警总貌画面中的显示模式，设置打印机的模式等。可通过此画面下方的软键，分别切换到系统维护菜单画面，切换到操作选择设置画面，进行SCSI口连接以及切换到系统总貌显示画面。 　　操作站的操作选择设置画面可以显示操作站信息如：项目名、版本号、操作站的站名。可以进行操作站触屏方式的设置，可以初始化触屏，校正触屏以及进行语音输出音量的控制。并且可通过此画面下方的软键，切换到维护菜单画面和系统总貌显示画面。 4  结束语 　　虽然集散控制系统型号各异，但是不同厂家DCS系统的组态方法基本类似。当组态完成之后，均需将系统组态，操作站组态，操作员应用组态，流程图组态存储、检查、编译、下装到操作站上。将控制站组态下装到控制站上。要使集散控制系统正常投入运行，系统自诊断、下装、维护、测试等功能对于系统运行起着极其重要作用。因此分析研究DCS的自诊断、维护与测试具有及其重要的意义。