孫瑞林

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西北公司西安輸油氣分公司

摘要：工業(yè)控制中的通信類閃報(bào)、誤報(bào)故障一直是現(xiàn)場(chǎng)維修的難題之一。本文以榆濟(jì)線三道溝閥室24 V直流電源通信診斷報(bào)警為例，通過對(duì)閥室電控一體化小屋數(shù)據(jù)采集原理的研究，分析確定誤報(bào)警故障原因并進(jìn)行處理，提出整改提升措施，供相關(guān)工作借鑒。

關(guān)鍵詞：閥室；誤報(bào)警；電源通信；電控一體化

西安輸油氣分公司榆濟(jì)線三道溝閥室位于陜西省榆林市，其中的電控一體化小屋集成了電氣、自動(dòng)化、通信功能，實(shí)現(xiàn)閥室控制系統(tǒng)的供電、數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)化控制。自投產(chǎn)以來，多次出現(xiàn)24 V電源通信診斷報(bào)警，同時(shí)伴隨閥室市電中斷報(bào)警，技術(shù)人員查看該閥室電壓及其他指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖分析，判斷均為誤報(bào)警，此情況嚴(yán)重時(shí)需場(chǎng)站運(yùn)行人員到閥室現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)重啟設(shè)備恢復(fù)，加重了場(chǎng)站運(yùn)行人員的工作量，降低了工作效率，也影響了運(yùn)行人員對(duì)閥室設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷，存在一定的安全隱患。

1  閥室供電系統(tǒng)

閥室主要通訊設(shè)備使用24 V直流電源柜1（以下簡(jiǎn)稱直流電源1）供電（圖 1），自動(dòng)化設(shè)備使用24 V直流電源柜2（以下簡(jiǎn)稱直流電源 2）供電（圖 2）。

圖 1 閥室24 V直流電源1

圖 2 閥室24 V直流電源2

直流電源1所供負(fù)載為通信設(shè)備及攝像頭，6路充電模塊并聯(lián)運(yùn)行，互為備用，支持熱插拔。并配置雙電源逆變器一臺(tái)，用于給使用220 V交流電壓的設(shè)備供電，該逆變器在有市電時(shí)使用市電工作，當(dāng)市電中斷時(shí)自動(dòng)切換為使用蓄電池組提供的24 V直流電源工作，需要檢修時(shí)可以使用手動(dòng)旁路開關(guān)，將逆變器拆除進(jìn)行維修；直流電源2所供負(fù)載為自動(dòng)化設(shè)備，全部使用24 V直流電源工作，4路充電模塊并聯(lián)運(yùn)行，互為備用，支持熱插拔。

閥室系統(tǒng)控制邏輯和通信鏈路為：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到24 V直流電源系統(tǒng)的3個(gè)電壓值有任何一個(gè)低于10 V時(shí)，判斷為直流供電系統(tǒng)故障，直流電源柜觸摸屏通過485協(xié)議將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)上傳模塊，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備傳送到場(chǎng)站的上位機(jī)，顯示相關(guān)報(bào)警內(nèi)容，提醒生產(chǎn)運(yùn)行人員一旦發(fā)現(xiàn)異常情況立即進(jìn)行預(yù)警和處理，避免故障擴(kuò)大和誤報(bào)警的發(fā)生。

2  誤報(bào)警原因排查

以2023年3月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，三道溝閥室直流電源1通訊診斷（0：斷開、1：正常）誤報(bào)警分別為：

2023-03-27 22:09:25.755（自行恢復(fù)）

2023-03-29 00:28:34.556（自行恢復(fù)）

2023-03-29 20:25:43.404（自行恢復(fù)）

直流電源2通訊診斷誤報(bào)警為：

2023-03-27 21:12:03.727（現(xiàn)場(chǎng)重啟恢復(fù))

此類報(bào)警也曾在青寧線魯垛閥室、周山閥室等多次出現(xiàn)。分公司電氣專業(yè)技術(shù)人員聯(lián)合自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員共同到現(xiàn)場(chǎng)排查解決問題。

首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況和歷史報(bào)警進(jìn)行排查，現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏無報(bào)警，查看歷史報(bào)警記錄未發(fā)現(xiàn)有關(guān)電源中斷或直流系統(tǒng)故障的相關(guān)記錄。排查三道溝閥室兩面24 V直流電源柜上的逆變器和充電模塊，運(yùn)行指示燈亮，無報(bào)警，設(shè)備工作狀態(tài)正常。測(cè)量市電輸入電壓，電壓平穩(wěn)無波動(dòng)，排除現(xiàn)場(chǎng)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備硬件故障和市電掉電的可能。

進(jìn)一步對(duì)設(shè)備通訊硬件和通訊電纜回路進(jìn)行檢查，均正常�？紤]到其他閥室也出現(xiàn)過類似共性問題，并結(jié)合硬件設(shè)備的排查結(jié)果，初步判斷問題應(yīng)該出在數(shù)據(jù)傳輸通信軟件方面。使用專業(yè)筆記本電腦，將筆記本IP配置在和閥室RTU同一網(wǎng)段（注意IP地址不能沖突），使用ping命令或Traceroute命令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備情況進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有輕微的丟包現(xiàn)象，斷開其中一臺(tái)24 V直流電源柜通訊，不再出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。分析原因如下。

（1）RTU使用一條鏈路同時(shí)采集電源1、電源2兩個(gè)直流柜的數(shù)據(jù)，就有可能偶發(fā)性出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突而采集不上其中一個(gè)數(shù)據(jù)的問題，從而出現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的24 V直流電源通訊診斷報(bào)警。在執(zhí)行反復(fù)采集數(shù)據(jù)過程中，如果能再次采集到數(shù)據(jù)，則通訊自動(dòng)恢復(fù)正常，誤報(bào)警便能夠自動(dòng)消除。

（2）三道溝閥室設(shè)置集中監(jiān)視電氣系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)5個(gè)：24 V直流電源1斷電、24 V直流電源2斷電、交流輸入1報(bào)警、交流輸入2報(bào)警、電池電壓低報(bào)警。梳理報(bào)警控制程序發(fā)現(xiàn)：當(dāng)24 V直流電源1通訊診斷報(bào)警持續(xù)，則上位機(jī)此時(shí)無法采集到24 V直流電源1的電氣參數(shù)，系統(tǒng)即判斷為閥室外電中斷，實(shí)際上此時(shí)閥室外電并未中斷，由此可見集中監(jiān)視閥室外電中斷報(bào)警邏輯設(shè)置不合理。

3  處理方法

對(duì)三道溝閥室集中監(jiān)視判斷外電中斷報(bào)警程序進(jìn)行優(yōu)化，修改外電中斷采樣點(diǎn)，用外電A、B、C三相輸入電壓是否異常作為判斷外電是否中斷的條件，而24 V直流電源柜的交流輸入1和交流輸入2、電源1和電源2通訊異常狀態(tài)不再作為集中監(jiān)視外電中斷的判斷條件。程序優(yōu)化步驟如下。

（1）原外電中斷報(bào)警邏輯控制程序說明：220 V交流市電通過6個(gè)充電模塊整流為3路24 V直流電，分別為HMOD_1402_2、HMOD_1402_3、HMOD_1402_4，當(dāng)其中任意一個(gè)電壓小于10 V時(shí)，觸發(fā)市電中斷報(bào)警SDZH 24 V。優(yōu)化報(bào)警控制程序?yàn)椋簩?duì)外電220 VAC電直接判斷A、B、C項(xiàng)電壓，當(dāng)其中任意1項(xiàng)電壓小于198 V時(shí)，持續(xù)10 s，觸發(fā)閥室外電中斷報(bào)警。

程序修改說明：減少中間設(shè)備，提高報(bào)警準(zhǔn)確性； 閥室有蓄電池，延遲10 s觸發(fā)，在不影響安全的情況下，防止誤報(bào)警（圖 3）。

圖 3 外電電壓顯示界面

（2）修改直流電源1、直流電源2數(shù)據(jù)采集程序，24 V直流電源與閥室RTU之間的通訊為485協(xié)議上傳，將直流電源的報(bào)警數(shù)字量整合為模擬量，再為其分配不同的傳輸?shù)刂罚≧ECP4_0、RECP5_0、RECP6_0、RECP7_0、RECP8_0、RECP9_0），通過485協(xié)議傳輸至RTU，RTU再對(duì)這些報(bào)警進(jìn)行拆分解讀，避免同時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突。

（3）修改通訊模塊重試次數(shù)為10次，降低判斷設(shè)備通訊中斷的概率（圖 4）。在RTU通信模塊中，重復(fù)次數(shù)（Retries）是指在初次通信請(qǐng)求未得到響應(yīng)時(shí)，RTU會(huì)嘗試重新發(fā)送請(qǐng)求的次數(shù)。這個(gè)設(shè)置有助于提高通信的可靠性，尤其是在通信環(huán)境不穩(wěn)定或從站設(shè)備可能暫時(shí)不可用的情況下。通過設(shè)置合理的重復(fù)次數(shù)，可以減少因短暫通信故障導(dǎo)致的通信失敗。例如，在Modbus RTU通信中，重復(fù)次數(shù)的設(shè)置允許主站在返回?zé)o響應(yīng)錯(cuò)誤代碼之前嘗試重新連接從站的次數(shù)。默認(rèn)值通常是3次，這意味著如果初次連接失敗，RTU會(huì)嘗試再次連接。通過調(diào)整這個(gè)參數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求和網(wǎng)絡(luò)狀況來優(yōu)化通信的穩(wěn)定性和可靠性。

圖 4 修改通訊模塊參數(shù)

回復(fù)延遲（Response Time Out）‌是指從站設(shè)備在接收到主站的請(qǐng)求后，需要在一定時(shí)間內(nèi)給出響應(yīng)。如果超過這個(gè)時(shí)間限制而沒有收到響應(yīng)，主站會(huì)認(rèn)為通信失敗，并可能采取相應(yīng)的措施，如增加重復(fù)次數(shù)或報(bào)告錯(cuò)誤。在此我們將閥室RTU通訊模塊中重復(fù)次數(shù)從3次提至10次，降低判斷設(shè)備通訊中斷的概率。

程序優(yōu)化完成后，對(duì)24 V直流電源柜進(jìn)行模擬故障測(cè)試，設(shè)備自身產(chǎn)生的報(bào)警均能正常在場(chǎng)站操作員界面顯示，數(shù)據(jù)無丟包現(xiàn)象。程序優(yōu)化結(jié)束運(yùn)行一周后，未出現(xiàn)24 V直流電源柜相關(guān)的通訊診斷誤報(bào)警。隨后對(duì)榆濟(jì)線閥室集中監(jiān)視外電中斷報(bào)警按照三道溝閥室進(jìn)行統(tǒng)一整改。

4  結(jié)語

通過優(yōu)化報(bào)警程序，修改數(shù)據(jù)采集程序，增加閥室RTU通訊模塊重復(fù)次數(shù)，解決了三道溝閥室通信誤報(bào)警問題。且首次運(yùn)用分時(shí)輪詢的方式成功解決同一線路多臺(tái)設(shè)備通訊沖突的問題。及時(shí)對(duì)控制軟件進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，修復(fù)已知漏洞和邏輯錯(cuò)誤，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整軟件配置和參數(shù)設(shè)置，提高系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的解析和處理能力，為維修人員處理閥室設(shè)備通信誤報(bào)警故障提供了很好的解決方案。建議制定統(tǒng)一的設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)、安裝規(guī)范和維護(hù)流程等標(biāo)準(zhǔn)化文件，確保電控一體化小屋的建設(shè)和維護(hù)過程符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。顯著降低誤報(bào)警故障的發(fā)生率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

作者簡(jiǎn)介：孫瑞林，1986年生，大學(xué)本科，助理工程師，西安輸油氣分公司綜合運(yùn)維崗技師，主要從事電氣方面的工作。聯(lián)系方式：13519292833，395937450@qq.com。