科技館展項中控故障及排除

侯 勇

（阜陽市科學(xué)技術(shù)館，安徽阜陽 236000）

0 引言

阜陽市科技館是“十三五”期間投資建設(shè)的重點民生工程和綜合科普場館，于2021 年6 月18 日正式開館，建筑面積約14 000 m2，展教面積約7000 m2，共5 層，以“天地、人、科技”為主題，設(shè)有五大常設(shè)展廳12 個展區(qū)，共計展品268 件。展品展項設(shè)置充分體現(xiàn)現(xiàn)代科技館教育的基本特征和創(chuàng)新趨勢，發(fā)揮了科普教育提高公民科學(xué)素質(zhì)的功能，并彌補了阜陽市沒有此類型場館的不足。

1 故障表現(xiàn)

科技館展項中央控制臺是整個科技館的控制中樞，負責整個場館所有展項的運行操控，如果出現(xiàn)故障對整個場館的正常運行影響十分巨大。近來在正常開、閉館展項操作時，中控電源控制軟件出現(xiàn)4 樓某一片區(qū)展項大面積電源通、斷電狀態(tài)顯示異常的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為此片區(qū)展項大部分不能正常通、斷電，進而導(dǎo)致展項不能正常執(zhí)行開啟和關(guān)閉動作。故障涉及的展項相對固定集中在某特定區(qū)域，且具有隨機性，每次執(zhí)行操作影響的展項都有可能不同，即使多次執(zhí)行通、斷電操作也不能保證對應(yīng)區(qū)域的展項能正常通、斷電，影響展項正常開啟。故障造成的后果輕則部分展項打不開、影響展教效果，重則局部區(qū)域大面積展項不能工作、導(dǎo)致展教事故。

2 故障分析

由于每次操控展項時涉及的特定區(qū)域內(nèi)并不是所有展項通、斷電不正常，有一部分展項是能正常通、斷電的，并且每次展項故障出現(xiàn)有一定隨機性，所以初步判斷故障是電路控制器接觸不良、斷路或者控制信號線路部分不通、接觸不良、傳輸信號質(zhì)量變差，導(dǎo)致控制信號不能準確到達執(zhí)行機構(gòu)或不能驅(qū)動控制器動作。由于從總控制臺到故障展項線路較長、中間環(huán)節(jié)眾多，具體故障原因還需進一步排查。

3 故障排除

本著先易后難、先簡單后復(fù)雜的原則，逐步實施故障排除。

3.1 檢查控制器

（1）排查出現(xiàn)故障的樓層展項動力柜內(nèi)控制器是否工作正常。由于故障表現(xiàn)為部分展項不能正常供電，也就是部分電路不通，最簡單的可能原因是控制器短路。一般電器短路可能是控制器內(nèi)接觸器觸頭由于接觸不良或負載過大導(dǎo)致電弧擊穿絕緣介質(zhì)，使絕緣失效，電路短路電流燒毀保險絲或觸發(fā)過流保護動作，從而造成電路不通。電器短路極易引起燒毀電器元件進而引起火災(zāi)。但本文中故障表現(xiàn)為部分展項不規(guī)律隨機通電，而短路會形成固定的斷路，所以可以排除電器短路觸發(fā)保護斷開電路的可能。

（2）控制器斷路?？刂破鲾嗦返脑蛞话闶强刂破鲀?nèi)接觸器觸頭接觸不良。由于控制器工作環(huán)境惡劣，觸頭被空氣氧化、受有害氣體侵蝕或被灰塵油污污染，在觸頭處形成不導(dǎo)電的膜層，導(dǎo)致電路接觸不良，電流不能導(dǎo)通形成斷路?？赡艿脑蜻€有振動引起控制器接線螺釘松脫、焊點脫焊等。控制器斷路引起的開關(guān)不良故障影響范圍、位置比較固定，與此故障現(xiàn)象表現(xiàn)出的隨機性不符，排除此種可能。

檢查從電源進入總控制器的各路空氣開關(guān)斷路器、控制器是否存在異常，如破裂、雜聲、異味、過熱等現(xiàn)象，再用多用表檢查，必要時斷電檢查操作開關(guān)的位置以及控制機構(gòu)、調(diào)整裝置及聯(lián)鎖信號裝置等。對控制器進行全面檢查，各部件都表現(xiàn)正常，由于只是部分展項不能正常工作且存在隨機性，所以強電控制器也沒有明顯的功能損壞現(xiàn)象，初步排除了控制器故障。

3.2 檢查控制信號線路通斷情況

初步排除了動力柜控制電器設(shè)備故障后，根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能的原因，對可疑位置進行檢查，特別是被認為最有可能存在故障的區(qū)域。要注意這個階段應(yīng)盡量避免對設(shè)備做不必要的拆卸，防止因操作不當導(dǎo)致的故障擴大。不要輕易對控制器進行調(diào)整，因為在故障未排除的情況下盲目調(diào)整可能掩蓋表象，但隨著故障程度的發(fā)展而使故障現(xiàn)象重新出現(xiàn)，甚至可能造成更嚴重的故障。所以，必須避免盲目維修，防止操作不當造成的故障復(fù)雜化，避免故障疊加導(dǎo)致故障現(xiàn)象混亂，延長排除故障的時間。

簡單地把出現(xiàn)故障的展廳專用強電控制器控制信號輸入端信號線調(diào)換為其他正常的控制器控制信號輸入端信號線，通電調(diào)試故障現(xiàn)象仍然存在，排除了信號線斷路引起故障的可能。故初步判斷故障原因是控制信號線路接觸不良或傳輸信號質(zhì)量差，導(dǎo)致控制信號不能準確到達執(zhí)行機構(gòu)或信號質(zhì)量變差不能驅(qū)動控制器動作形成的。

3.3 調(diào)整通、斷電動作延時時長

初步判斷故障是由于信號線路通信可靠性降低引起的。由于開、閉館時一鍵控制通電、斷電的展項數(shù)量較多，觸發(fā)按鈕到執(zhí)行動作完成的間隔延時時長如果過短，有可能會造成部分控制單元執(zhí)行閉合、斷開動作質(zhì)量不高，從而影響展項上電的效果?？梢酝ㄟ^軟件根據(jù)實際情況增加或減少程序發(fā)出指令的時間間隔，以控制電路中展項的通、斷電執(zhí)行動作的時間間隔，從而達到提升執(zhí)行指令質(zhì)量的目的。例如，當按下按鈕時，程序會首先發(fā)出第1 條指令，然后經(jīng)過時間設(shè)定值（如0.5 s）后發(fā)出第2 條指令，再經(jīng)過0.5 s 發(fā)送第3 條命令…… 指令會根據(jù)時間軸上設(shè)置的時間依次發(fā)送，控制器會根據(jù)指令依次執(zhí)行電路中各展項的通、斷電動作。

選中要調(diào)整的通電閉合按鈕，打開時間軸調(diào)整窗口，然后點擊外部編輯，彈出用記事本打開的文件。找到需要調(diào)整時間展項的ID（身份標識號碼），并把每條指令前的時間間隔修改為需要設(shè)置的時長，間隔時間的格式為［00（min）：00.00（s）］。保存并關(guān)閉記事本，然后在時間軸調(diào)試窗口點擊重新加載，修改后的指令就被自動加載到控制器，最后點擊保存。如果需要對所有展項的時間間隔同時進行修改，可以使用時間軸調(diào)試窗口自動調(diào)整時間一鍵修改功能，在彈出的自動調(diào)整時間按鈕窗口中將時間間隔改為新的設(shè)定值，然后點擊確定，就可以看到時間軸窗口左側(cè)的時間已經(jīng)自動調(diào)整完畢，最后點擊窗口上的保存按鈕，將設(shè)定值寫入控制器并生效。

斷電關(guān)閉按鈕調(diào)整動作響應(yīng)時長的設(shè)置方法與此類似，此處不贅述。

調(diào)整通、斷電動作延時時長后，開啟中控調(diào)試，故障現(xiàn)象仍在，問題沒有得到解決。

3.4 改變故障動力柜內(nèi)信號線路連接方式

由于館內(nèi)展項眾多，各CAN 總線大節(jié)點動力柜內(nèi)控制器采用標準的“手牽手”接口與布線規(guī)則，使分支線路長度最小，同一動力柜內(nèi)展廳專用強電控制器有若干個，圖1 將中間的控制器簡化表示為1 個，實際使用的多個控制器間的連接方式與圖1相同。

按原始設(shè)計考慮到施工成本及便利性，同一動力柜內(nèi)控制器之間的信號線路連接采用普通網(wǎng)線，總線網(wǎng)線接入動力柜后接入第一個控制器的A 處接線柱，然后從A 處用網(wǎng)線接到下一個控制器的相同位置（圖1），用相同的方式把N 個相同的控制器連接起來。為表達簡潔，圖中只保留首、尾2 個和中間的1 個控制器。在最后一個控制器的接線端B 用網(wǎng)線接出動力柜去往下一個節(jié)點。

出現(xiàn)故障的控制器在動力柜內(nèi)信號線路中的靠后或最后的位置，前面經(jīng)過了N 段網(wǎng)線連接和N 個控制器由小螺釘壓緊網(wǎng)線的接線柱，信號傳輸?shù)乃俾屎蜏蚀_性都會有所衰減，這可能就是展項出現(xiàn)故障的根本原因?；谏鲜隹紤]，利用控制器的串口擴展總線功能，把故障控制器上原來連接上一個控制器的網(wǎng)線去掉，為達到最好的效果，把控制器作為總線網(wǎng)關(guān)用串口線直接連接到總線接入處控制器的串口上。串口連接相較于原來的網(wǎng)線螺釘壓緊連接，連接的穩(wěn)定性和可靠性明顯提升，并且串口網(wǎng)關(guān)總線提升了信號強度和質(zhì)量，且減少了中間環(huán)節(jié)的干擾（圖2）。

圖2 串口連接方式

經(jīng)過以上改變，重新開機調(diào)試，故障現(xiàn)象仍未排除。

3.5 徹底排查故障

在排查了動力柜內(nèi)網(wǎng)線連接及出現(xiàn)故障的強電控制器本身可能存在的故障點后，沒有找到明顯的故障原因，只能把故障排查放在比較困難的外部連接線路中。由于中控設(shè)備在1 樓而故障出現(xiàn)在4 樓，信號線路較長，且跨樓層中間環(huán)節(jié)眾多，給排查帶來了不便。

為盡可能少走彎路，提高排查的準確性，首先要找到原始設(shè)計的線路施工圖紙，按照原始設(shè)計排線查找實際施工中可能出現(xiàn)的問題，從故障動力柜信號線的接入端開始追根溯源一直排查到中控主機服務(wù)器。設(shè)計圖紙中，中控機房到各樓層機房動力配電箱大節(jié)點直連，中控主機信號線經(jīng)控制器接線端子和接線端子排的擴展采用星形拓撲結(jié)構(gòu)或就近原則布線，中間即使經(jīng)過其他樓層機房也只是利用動力柜內(nèi)控制器接線端子分出一路即可，并不實際參與該動力柜內(nèi)線路連接。

實際排查中發(fā)現(xiàn)施工方在線路途經(jīng)其他樓層機房時，錯誤的把線路串接進機房動力柜節(jié)點，以“手牽手”方式連接在總線中，進而讓線路串接進N 個強電控制器，線路中多出N 個斷點由N 段網(wǎng)線串接。由于線路中增加了節(jié)點數(shù)量和長度，導(dǎo)致信號的傳輸速率和強度衰減變?nèi)酰荒鼙ＷC后續(xù)節(jié)點控制器的正常工作。

找到原因后，在途經(jīng)的機房動力柜內(nèi)利用強電控制器內(nèi)置的串口進行總線擴展，把控制器作為總線網(wǎng)關(guān)的接線，恢復(fù)了線路的原始設(shè)計，減少了途徑節(jié)點數(shù)量和線路長度。4 樓動力柜內(nèi)故障展項控制器也采取同樣接法，保證信號傳輸質(zhì)量。經(jīng)上電調(diào)試，故障現(xiàn)象排除，展項功能恢復(fù)。

4 總結(jié)

科技館在實際工作中展項設(shè)備難免會遇到各種問題，但只要遵循科學(xué)規(guī)律，堅持細致的工作作風，避免不規(guī)范的操作，就能保持設(shè)備的高質(zhì)量運行和完好率。從這次故障的排除過程中可以得到以下經(jīng)驗：

（1）根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合設(shè)備的原理及控制特點進行分析和判斷，是電氣設(shè)備故障還是信號線路故障、是主電路強電故障還是控制線路弱電、參數(shù)調(diào)整不合理還是人為失誤等，確定故障發(fā)生范圍逐步縮小直至找到故障點。也可將故障設(shè)備或控制系統(tǒng)劃分為若干個小部分，然后檢查這些部分的輸入和輸出是否正常。在確定某一部分時，再去關(guān)注該部分內(nèi)部的問題，找出故障點。在確保設(shè)備安全的情況下，可以通過替換法來發(fā)現(xiàn)故障點。

（2）在控制線路中，不規(guī)范的布線方式會導(dǎo)致信號通信的可靠性、穩(wěn)定性及傳輸數(shù)據(jù)準確性明顯下降。因此建議嚴格采用CAN 總線網(wǎng)絡(luò)布線規(guī)范進行作業(yè)，以降低后期的維護工作量。

（3）盡量減少CAN 總線信號線路中的節(jié)點，如果中控到展項經(jīng)過的環(huán)節(jié)較多線路較長，線路可按照中控機房—途經(jīng)機房—途經(jīng)機房—動力柜的順序布線。