浅谈槽控机通讯故障的原因及处理方法
摘要：介绍了槽控机通讯故障的原因及处理方法。
关键词：CAN总线 光纤 槽控机
目前，铝电解自动控制系统采用先进的现场总线技术和网络通信技术将槽控机设计为多CPU网络体系结构，按照采样、操作、解析与显示个数相对独立的功能设计数个智能化的功能模块(电路板)，各模块均有自己的CPU，可相对独立的运行，并通过内部CAN总线网络实现彼此间的数据交换和多CPU协同工作。多CPU网络体系中的CPU能并行运行、协同工作，因此综合数据处理能力强大，能很好地满足高度智能化控制的要求。
某公司铝电解自控系统采用的是国内一家铝镁设计院自动化研究所开发研制的《铝电解自适应控制系统》，槽控机彼此数据交换是通过CAN总线来完成的，CAN总线即控制局域网络，是由德国Bosch公司为汽车的监测和控制系统而设计的总线式串行通讯网络，适用于工业过程控制主设备和监控设备之间的互联。CAN可以多主方式工作，网络上任意节点均可主动向其它节点发送信息；网络节点可按系统实时性要求分成不同的优先级，一旦发生总线冲突，会减少总线仲裁时间。CAN采用短帧结构，每一帧为8个字节，保证了数据的出错率极低，被公认为最有发展前途的现场总线之一。其传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤，通讯速率最高达1Mbps，传输距离可达10km。
该控制系统由槽控机、通讯设备、接口机、管理机等几部分组成，在工作站与现场之间，系统采用光纤进行数据传递，光纤通讯与CAN总线相结合可以从根本上提高通讯的速度，从而实现对设备的实时控制，采用光纤传输，明显降低信号的衰减程度，从而为提高信号质量通讯信号解决传输过程中容易失真和抗干扰性差等问题。
1.通讯故障
在经过近两年的生产实践检验过程中，《铝电解自适应控制系统》基本满足铝电解生产的需要，但在接口机、槽控机通讯过程中，问题较为突出，具体表现为：单槽无通讯、多槽无通讯、工区无通讯等几种。由于现阶段槽控机采用独立CPU进行作业，在无通讯状况下，现场生产不会立即发生重大的故障，但通讯故障的发生影响到了参数下发、语音报警、数据采集与汇总、报表生成等一系列问题，客观上对生产造成了严重影响。当部分车间、工区、单槽发生无通讯故障时，监控系统无法实时对生产数据及控制参数进行采集，更不能保证对生产进行有效的调整和控制，在无通讯故障得到解决之后，往往是该车间、工区、单槽的电压颇高，其系列电流会受到很大的影响，而电流的降低更会恶化铝电解自适应控制系统对槽况的控制，从而带来更多的效应，这样会进入一个可怕的恶循环过程。综上所述，当无通讯故障发生时，控制效果、控制精度都会受到干扰，随故障持续时间的增长，槽况恶化的程度也随之增加。
2．故障分析
为保证第一时间将通讯故障排除，使生产损失降到最小，系统控制人员将故障发生的原因进行分类，分类的依据不仅包括故障发生的特点，还要通过对铝电解自适应控制系统的信息传递流程进行分析，最后得出了以下几方面的原因：
2．1通讯CAN卡数据堵塞
当接口机与槽控机通讯频率设定在适当范围内，可以保证槽控机与接口机正常的通讯，但如果超出这个范围或低于这个范围，就会影响到系统的正常工作和生产的正常进行。在引起通讯故障的原因中，CAN卡传输信号的频率过大，周期过短，会造成CAN在进行数据处理时发生堵塞，这种情况会对部分工区造成一定规模的无通讯故障。
2．2光纤发生故障
光纤通讯是通讯技术的发展趋势和理想选择，光纤具有容量大、信号衰弱小、防干扰性强、成本低等特点。光纤通讯与CAN总线相结合可以从根本上提高通讯的速度，从而实现对设备的实时控制。 在此铝电解自适应控制系统的组成中，将光纤作为连接槽控机与接口机通讯的主要载体，从而保证了生产数据的及时采集和系统控制的实时调整。但如果光纤发生意外的破坏或损伤，势必会对系统通讯造成毁灭性的打击，严重时会造成全系统通讯故障，危害极大。
2．3通讯转换模块损坏
通讯转换模块是连接光纤与通讯电缆的重要组成部分，转换模块发生故障的频率要高于光纤的故障发生率，因为转换模块不是像光纤深埋于地下，而是悬挂于建筑物上或安装于封闭箱中，但其通讯故障发生后对生产造成的影响与光纤故障具有同样的破坏力。
2．4总线驱动器受到干扰
由于铝电解自适应控制系统槽控机的通讯传递模式采用的是主从式，且信号在下位机传递过程中会发生一定的衰减，所以系统在传递过程中要对信号进行适当的放大，总线驱动器就是起到这样的功能。当总线驱动器受到外界因素的破坏和干扰，将会信号的传递造成局部的损害，部分工区将会发生通讯故障。
2．5通讯地址发生错误
接口机与槽控机的通讯方式决定了每台槽控机具有自身固定的IP地址，其IP地址的设定是人工手动完成的，但当IP地址发生重复时，将会给系统带来极大的破坏，会造成部分槽或整个工区发生无通讯故障。
2．6槽控机主板发生死机
由于季节变化的原因，槽控机在生产运行过程中会存在不同的故障隐患，当夏季炎热的温度加之电解槽高温的烘烤，将会对槽控机运行的稳定性造成很大的考验。在生产过程中就发生过多次由于槽控机主板发生故障引发了槽控机突然“死机”的现象，这种槽控机主板引发的故障会对单槽通讯造成巨大的影响。
3．解决措施
3.1针对接口机及装配的CAN卡，发生故障后，要及时对CAN卡复位，或者重新启动接口机监控程序或接口机操作系统，严重时要对CAN卡或网卡及内部配件进行重新安装或更换。
3.2当光纤或通讯转换模块发生故障时，要在第一时间内确定故障发生点，理清光纤线路，连接备用通讯线路及时恢复系统运行，当故障清除后，再对损坏模块进行彻底修理或更换。
3.3根据某工区发生规律性通讯故障，可以确认是总线驱动器发生故障。当总线驱动器发生故障，需要第一时间更换总线驱动器，恢复系统通讯。
3.4槽控机本体发生故障引起通讯故障的因素包括：元器件故障和通讯地址错误。元器件故障要及时更换；当槽控机通讯地址发生错误，可能会造成无规律的部分槽通讯故障，这是需要确定通讯地址错误的电解槽，其方法主要是根据近期更换主板的纪录，或者通过系统的停和关来确定究竟是哪一个槽地址发生错误，具体的方法是：先停掉部分电解槽，将部分电解槽打至停槽状态，然后根据通讯状况，判断地址错误槽是否在所停范围内。然后再缩小确认范围，直至将地址错误的电解槽查出，最后将地址错误的槽控机恢复正确的地址，在全部转换成联机状态。
4.效益分析
通过上述正确的判断和处理方法，可以在第一时间内确定通讯故障发生的类型和具体位置。从而尽快地予以处理。早一秒解决通讯故障，就是早一秒将生产拉回正常的轨道，就是为生产节约成本，就是为公司创造效益。通过对故障的发生类型、故障发生的原因，故障发生的位置进行整体分析，提升了部门排除故障的能力，提高了职工解决问题的反应能力。
5.结语
铝电解自控系统是生产中最重要控制系统之一，该系统一旦发生通讯故障，将会对生产造成无法估量的损失。在自控系统中，除槽控机本体元器件的故障所之外，引起故障率居高不下最重要的一个因素就是通讯问题，解决了通讯问题对铝电解自适应控制系统的正常运行有着决定性的作用，对稳定生产、节能降耗等关系公司效益等问题也是意义重大。
