集散控制系統中自診斷與測試維護

　　1集散控制系統自診斷功能
　　
　　1.1系統自診斷
　　
　　集散控制系統的自診斷功能主要是指每秒對系統軟件、硬件及其插卡、通道等進行檢查，一旦出現故障，操作站發出系統報警信息，報告故障發生時間、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。
　　
　　實時通信網絡V-NET是高速實時控制雙重化令牌網，速度為10Mbps，通信協議符合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現場控制站及自診斷
　　
　　現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。柜內裝有導電門分封墊條，以提高抗射頻干擾（RIF）的能力。現場控制站機柜以及操作站機柜設有智能環境監測裝置。HKU（HouseKeepingUnit）對柜內電源、風扇、溫度等環境參數進行監視。并將出現的報警信息傳送到CRT屏幕上。電源和信號電纜從機柜底部進線，機柜內預留有充足的空間，可進行接線。機柜內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。集散控制系統內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。這些均為的電纜，這些電纜符合IEEE防火標準。
　　
　　現場控制站中央控制單元FCU采用4個CPU容錯冗余技術，可以實現在任何故障及隨機錯誤產生的情況下連續不斷地控制。模件采用集成度高、散熱量低的固態電路以及表面封裝技術，防塵、抗*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鎖裝置，防止損壞或引起故障。
　　
　　系統接地電阻小于100Ω。過程輸入是在輸入模件中進行工程單位數據轉換，內部數據以工程單位數據進行處理。在功能塊之間以工程單位數據進行傳遞和接收。過程輸出是0～100％數據。通過采用多項高可靠性技術，使系統具有*的抗干擾、耐環境等特點。
　　
　　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、數字濾波、工業量程換算、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。在系統的機柜內，任一模件的電源被拆除，都將發生報警，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
　　
　　集散控制系統的測試功能增加了現場控制站的控制功能。應用測試軟件，可不必連接現場的信號線，對控制系統做靜態調試，然后再進行動態調試。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據I/O和現場控制站操作，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：一種是沒有現場控制站，稱為離線測試；另一種是有現場控制站，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場控制站是不需要的。離線測試使用現場控制站仿真器，這是在工作站上模擬現場控制站功能和作用的軟件。也就是說現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做必要的修改，而不需要一臺實際現場控制站。例如：模擬I/O和過程數據的狀態改變。但是與實際現場控制站相比較，在下面幾個方面，處理速度和控制時間是不同的。
　　
　　（1）現場控制站仿真器是以標準速度掃描數據，不是中速或者高速。
　　
　　（2）I/O模件的處理不能被仿真。
　　
　　（3）對現場控制站仿真器，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）生成源數據庫來描述控制功能；
　　
　　（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據庫下裝到FCS仿真器；
　　
　　（5）創建狀態窗口：狀態窗口是把測試目標的操作狀態顯示在窗口中，就像在操作站操作畫面一樣；
　　
　　（6）創建用于測試的操作站數據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，激活FCS仿真器；
　　
　　（8）設置測試環境：對掃描周期、單步執行的頻率、連線進行設置。并設置記錄文件，設置斷點；
　　
　　（9）輸人數據，打開狀態窗口，執行測試；
　　
　　（10）校正源數據庫，下裝再一次執行測試，zui后終止測試。
　　
　　使用測試功能，可以使被測試項目的運行狀態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，分別是測試目標執行功能，測試環境設置功能，連線功能和測試結果報告功能。測試目標執行功能對下裝到FCS或FCS仿真器的測試目標即控制站的數據庫，完成全過程執行、單步執行、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、連線數據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據庫文件和存儲連線數據的其他文件等等。
　　
　　測試功能使用的文件分別是工作文件WorkFiles，MasterFiles和用戶備用文件UserBack-upFiles。WorkFiles中包含有系統生成鍵人或修改的數據。MasterFiles中包含的數據與裝載到FCS或FCS仿真器中的數據相同即控制功能數據庫和連線數據。UserBack-upFiles包含有統生成組態創建的暫時數據。它既不能下裝到FCS，也不能下裝到FCS仿真器。
　　
　　（1）工作文件WorkFile是由存儲Save或Save&Check的操作創建而生成。WorkFile是指暫時保存組態定義數據，但還沒有裝到目標機FCS或操作站上。當WorkFile的內容成功地裝載到目標機上，工作文件WorkFile將成為MasterFile，同時WorkFile將被刪去。
　　
　　（2）MasterFile由下裝Load或者在線下裝OnlineLoad操作創建而生成。MasterFile保存的組態定義文件數據與要下裝到目標機上WorkFile的組態定義文件數據是一致的。MasterFile來自于WorkFile。利用組態可以調出或改變MasterFile的數據。當建立好MasterFile之后，再調出MasterFile中的信息和數據進行修改，隨后進行Save操作，改變的數據將會存儲到WorkFile中。直到完成Load操作，改變后的數據才會保存到MasterFile中。即此時MasterFile才會改變數據。
　　
　　（3）用戶備用文件UserBack-upFiles由SaveWithOtherName的操作創建而生成。用于保存與生成任務不直接相關的信息。
　　
　　測試功能的文件WorkFile和MasterFile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生成組態創建或修改的文本格式或數據。目標文件包含有編譯WorkFile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的數據庫寫入到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、標準數據庫和過程輸入/輸出定義的信息和數據。
　　
　　3.2在線下裝
　　
　　組態鍵人完畢后，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，只是暫停在線組態已經改變的FCS數據庫部分。
　　
　　在線下裝是要寫入到FCS的內存。在線下裝可以改變站的公共定義和共享常數，過程輸入/輸出，全局開關和常用開關，通信網絡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，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域。在線維護功能允許數據庫以每一個控制區、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組態可以修改或改變的定義項有所限制。也就是說，在線FCS組態不可以改變或修改每一個定義畫面的所有項。
　　
　　3.4系統維護
　　
　　系統維護功能主要包括系統維護、系統報警信息顯示、FCS狀態顯示、操作站本站狀態顯示、等值化功能和操作設置功能。
　　
　　FCS狀態顯示可以顯示控制站信息、控制站狀態、控制區域的狀態以及控制站的構成。在FCS狀態顯示
　　
　　畫面中，可以進行控制站的啟動和停止，參數的存儲、下裝I/O模件等。I/O模件狀態顯示窗口可以顯示節點注釋、節點狀態、電源狀態。并顯示與I/O模件通信的狀態以及溫度監視的情況。正常為綠色，故障為紅色，故障時并帶有“×”標記。
　　
　　現場控制單元的CPU卡完成控制運算，監視CPU卡，監視電源狀態、風扇轉數和FCU內部溫度，當發現以上任何特性異常，則CPU卡將發生報警。
　　
　　操作站狀態顯示可以顯示操作站的信息、操作站狀態、操作站的組態，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。可通過此畫面下方的軟鍵，分別切換到系統維護菜單畫面，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。可以進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總貌顯示畫面。
　　
　　4結束語
　　
　　雖然集散控制系統型號各異，但是不同廠家DCS系統的組態方法基本類似。當組態完成之后，均需將系統組態，操作站組態，操作員應用組態，流程圖組態存儲、檢查、編譯、下裝到操作站上。將控制站組態下裝到控制站上。要使集散控制系統正常投入運行，系統自診斷、下裝、維護、測試等功能對于系統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。