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摘要：在工业生产中反映电机、泵、阀门等设备的运行、停止或开、关等状态时均采用离散型DI反馈信号，以提示运行或检修人员目前设备所处状态。一旦运转设备的反馈信号故障，对于一般设备，工艺或检修人员会失去对该设备的运行状态监测；对于重要设备，DI信号故障或丢失可能会触发DCS联锁逻辑动作，从而影响生产的平稳安全运行。因此，对该类信号采集的可靠性及故障后的快速准确判断和恢复信号采集就显得尤为重要。
国内目前具有代表性的几家大型煤制烯烃项目DCS系统均采用Honeywell公司的DCS系统，Honeywell公司在对数字量输入（DI）信号采集时大部分情况下采用了魏德米勒公司的DI继电器模组与霍尼韦尔DI卡件相配套使用的方式。本文主要阐述了魏德米勒输入型继电器模组与DCS系统使用过程中的接线方式及发生问题时如何分析判断及处理。
关键词：DI信号；输入型继电器模组；续流二极管
引 言
数字量输入（DI）信号在工业中一般反映了电机、泵、阀门等设备的运行、停止或开、关等离散型反馈信号，以提示运行或检修人员目前设备所处状态。一旦运转设备的反馈信号故障，对于一般设备，会失去对该设备的运行状态监测；对于重要设备，DI信号故障可能会触发联锁动作，从而影响生产的平稳安全运行。因此，对该类信号采集的可靠性及故障后的快速准确判断和恢复信号采集就显得尤为重要。
1.技术参数及应用方式
国内目前具有代表性的几家大型煤制烯烃项目DCS系统均采用Honeywell公司的DCS系统，对于数字量输入（DI）信号采集大部分采用魏德米勒公司的DI继电器模组与霍尼韦尔DI卡件相配套，目的在于：一是利用实现继电器实现电气隔离，以保护卡件安全，免受强电冲击。二是节约辅助柜内有限的空间，并且接线快速便捷，整洁美观。图1中是魏德米勒继电器模组所构建的辅助机柜应用照片及输入型继电器模组整体实物图。该类型继电器模组采用标准的TS35导轨安装，每个模件可接16通道DI信号。如果将24V电源独立，不安装在同一柜内，每面机柜的一侧可最多容纳10至12个继电器模组。
与DCS系统的DI卡件连接时，继电器模组侧普遍采用的方式是采用2x16x0.75mm2的信号电缆焊接37孔母头与之相连接，在DCS的DI卡件侧则直接独立连接在其卡件的对应接线端子处。对于现场的机械式限位开关，继电器辅助触点等无源节点信号的采集，使用时，将跳线按照DRY，即干节点的方式跳接，跳线帽的位置务必正确，否则将无法正常使用。当现场信号未导通情况下，在该模件的A，B接线端子处应可量到直流24V电压。如果现场测信号线在未接入模组时能够测量到24V，则现场信号有可能为湿节点方式，此时要将跳线帽跳成WET方式，以防止模组向外输出电压。该输入型继电器模组采用冗余24V供电的方式，可防止因单电源供电引起的失电故障发生。
2.故障分析与判断
针对该设备普遍采用的接线方式及使用方式，在实际的维护工作中总结并分析了几种该类输入型继电器模组曾产生的故障点和处理方式，当处理该类DI信号故障时可以供仪表检修人员参考。
如图2所示是Weidumiller输入型继电器模组的电路原理示意图。CH1（通道1）所表达的为干节点的接线方式，即外部设备只提供无源干节点，驱动RY1继电器的电源为DCS系统或机柜内部提供，而非现场测仪表提供。在化工生产中大部分设备的数字量反馈信号采用该跳线方式，红色弧形线为跳线，如图2中所示，此时为DRY方式。
当遇到DCS上位机显示设备运行状态与就地不符时，可以首先甩掉外部设备接线TXA和TXB，用短接线短接1A和1B，查看DCS上位机的该信号变化情况和RY1继电器是否动作，同时LED1是否同时点亮。如果DCS上位机显示该信号有变化，则说明是就地设备的结点故障，应对就地设备DI反馈装置或电缆进行检修。
如果用短接线短接1A和1B后发现RY1继电器动作正常，而DCS上位机显示该信号无变化，可进一步判断CON1的触点连接问题或者柜间电缆到DCS的DI卡件通道故障。某煤化工项目在刚调试DCS时曾发生过CON1插头内的插针因污浊氧化发生接触不良而引起DI信号故障的情况，针对此情况，建议在对系统进行完FAT后，要求厂家务必妥善对机柜进行包装，防止运输途中因雨水进入或环境变化造成公头引脚的污浊氧化。这种D-SUB接口为37针整体连接方式，一般容易认为单个DI通道故障，不会是它引起的，容易被忽视。
如果短接1A，1B后发现RY1继电器不动作，且DCS上位机信号无变化，则判断是否为保险F1熔断，或者RY1继电器损坏。此時用万用表通断档检测微型方形保险若即可，针对继电器故障的情况，发生的机率非常低，笔者使用该类型继电器模组近10年，只发现过一起继电器损坏的案例。
当发现用短接线短接1A和1B后，RY1仍不动作，且之前检查保险F1和RY1继电器均无损坏时，则应立即停止再次用短接线尝试短接，此时可以拆下继电器，用万用表的二极管检测档位检查续流二极管D1是否被击穿。在这里我们叙述一下续流二极管的作用，续流二极管在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时，其两端的电动势并不立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流二极管。继电器的线圈是一个很大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当他吸合的时候存储大量的磁场。当控制继电器的电路由导通变为截断时，线圈斷电，但是线圈里有磁场，这时将产生反向电动势，电压可能高达1000v以上，这就造成易击穿该电路元件。在魏德米勒继电器模组中，续流二极管D1的型号为1N4007，该二极管数据手册上标注的反向耐压值为1000V左右，由于元器件的质量和寿命等原因，而且由于现场设备有可能窜入大电压电流设备，如电焊机的使用，灰尘引起的静电，都会造成续流二极管1N4007损坏。从图2的电路图中我们可以分析出，一旦D1击穿，其相当于是导线，当外部设备节点处于接通状态时，可以看出，相当于24V直流电源直接通过D1元件形成了短路，这种情况十分危险，如果D1击穿后的内阻很大，轻则熔断F1，如果D1击穿后内阻为0，则会导致整个24V供电电源保险熔断，致使该该卡件上的DI信号全部故障，在极端情况下，会致使整个继电器辅助柜内24V电源因短路过载保护，造成整个机柜内失电，所有柜内的继电器模组全部失电，在配置有DO继电器模组的柜内，还会造成DO输出的中断，后果极其严重。某煤制烯烃项目电站锅炉就曾因为此问题造成整面机柜失电，导致两台引风机运行反馈信号丢失30秒而发生MFT保护动作停炉的事故。 CH16（通道16）所示为外部设备回路提供24V电源的方式以驱动RY1，该种接线方式极少，这里不再过多分析，可参考上述的分析方法。
3.故障的处理
由于该型号的继电器模组应用较为广泛，并且其结构较为简单，电路原理简单，发生故障时，容易忽视以上原因，因此，需要大家在维护过程中特别注意检查，在发现续流二极管击穿的情况发生时，有条件的可以迅速更换备用通道以恢复生产，如果没有条件，为了快速解决问题，可以直接剪断D1二极管，消除短路影响，待停车检修时整体更换该继电器模组，但应注意该信号的开关反馈频次不应太高，防止该通道的继电器线圈蓄能后无法释放，损坏继电器而再次造成信号故障的情况发生。
4.注意事项
这里要特别说明和强调的一点注意事项是，当DI信號故障时，由于Honeywell的某些组态方式的使用，也会造成更大的影响。熟悉Honeywell PKS系统的仪表人员都知道在对开关型设备的控制时，一般采用DEVCTL功能块，即設备控制块来实现，其中该功能块中有localman参数，该参数表示就地设备在手动控制状态还是远方集中控制（或称DCS控制状态），如果localman引脚为1，一般表示为就地手动控制方式，相反则为集中控制方式。而现场对选择开关的接线方式又为：远方集中控制为1信号，就地为0信号，因此一般采用DI通道后取非逻辑接入Localman引脚，Localman引脚启用之后，系统有一个功能就是，输出信号自动跟踪输入信号，设备的控制输出信号与反馈信号保持一致，如果系统检测到设备运行状态为组态逻辑设定的停止，则不需要人为干预，DCS系统Z自动将输出保持在停止状态。某煤制烯烃项目公用工程就曾出现过由于输入继电器模组一个通道的续流二极管击穿，导致整个模组短路失电，造成该模组上的风机运行反馈信号与远程/就地信号同时消失，系统检测误认为设备处于停运状态，自动输出风机停止指令，造成循环水温度升高的生产事故。因此，维护人员要特别注意该功能的使用。如有必要，可要求电气人员更改设备控制箱的远程/就地开关的转换状态，由原来设计的远程为高电平1信号更改为低电平0信号。
总结
DI信号的故障判断看似较为简单，但在增加了中间元件后，我们在分析判断故障时，要加强对中间各个设备的原理进行分析和学习。另外，软硬件的配合使用也有可能对生产产生巨大的影响，必须统一的学习和分析。只有这样，才能做到保障有力，更好的为生产服务。
参考文献：
[1] PKS R410. Series_C_IO_Users_Guide_EP-DCX476[Z]. Honeywell， 2014.
[2]Interface Catalog，[EB/OL].Weidumiller 7769891424.
作者简介：
朱天宇（1985-），男，内蒙通辽人，本科，助理工程师，主要从事仪表控制系
统的维护与应用。
国内目前具有代表性的几家大型煤制烯烃项目DCS系统均采用Honeywell公司的DCS系统，Honeywell公司在对数字量输入（DI）信号采集时大部分情况下采用了魏德米勒公司的DI继电器模组与霍尼韦尔DI卡件相配套使用的方式。本文主要阐述了魏德米勒输入型继电器模组与DCS系统使用过程中的接线方式及发生问题时如何分析判断及处理。
关键词：DI信号；输入型继电器模组；续流二极管
引 言
数字量输入（DI）信号在工业中一般反映了电机、泵、阀门等设备的运行、停止或开、关等离散型反馈信号，以提示运行或检修人员目前设备所处状态。一旦运转设备的反馈信号故障，对于一般设备，会失去对该设备的运行状态监测；对于重要设备，DI信号故障可能会触发联锁动作，从而影响生产的平稳安全运行。因此，对该类信号采集的可靠性及故障后的快速准确判断和恢复信号采集就显得尤为重要。
1.技术参数及应用方式
国内目前具有代表性的几家大型煤制烯烃项目DCS系统均采用Honeywell公司的DCS系统，对于数字量输入（DI）信号采集大部分采用魏德米勒公司的DI继电器模组与霍尼韦尔DI卡件相配套，目的在于：一是利用实现继电器实现电气隔离，以保护卡件安全，免受强电冲击。二是节约辅助柜内有限的空间，并且接线快速便捷，整洁美观。图1中是魏德米勒继电器模组所构建的辅助机柜应用照片及输入型继电器模组整体实物图。该类型继电器模组采用标准的TS35导轨安装，每个模件可接16通道DI信号。如果将24V电源独立，不安装在同一柜内，每面机柜的一侧可最多容纳10至12个继电器模组。
与DCS系统的DI卡件连接时，继电器模组侧普遍采用的方式是采用2x16x0.75mm2的信号电缆焊接37孔母头与之相连接，在DCS的DI卡件侧则直接独立连接在其卡件的对应接线端子处。对于现场的机械式限位开关，继电器辅助触点等无源节点信号的采集，使用时，将跳线按照DRY，即干节点的方式跳接，跳线帽的位置务必正确，否则将无法正常使用。当现场信号未导通情况下，在该模件的A，B接线端子处应可量到直流24V电压。如果现场测信号线在未接入模组时能够测量到24V，则现场信号有可能为湿节点方式，此时要将跳线帽跳成WET方式，以防止模组向外输出电压。该输入型继电器模组采用冗余24V供电的方式，可防止因单电源供电引起的失电故障发生。
2.故障分析与判断
针对该设备普遍采用的接线方式及使用方式，在实际的维护工作中总结并分析了几种该类输入型继电器模组曾产生的故障点和处理方式，当处理该类DI信号故障时可以供仪表检修人员参考。
如图2所示是Weidumiller输入型继电器模组的电路原理示意图。CH1（通道1）所表达的为干节点的接线方式，即外部设备只提供无源干节点，驱动RY1继电器的电源为DCS系统或机柜内部提供，而非现场测仪表提供。在化工生产中大部分设备的数字量反馈信号采用该跳线方式，红色弧形线为跳线，如图2中所示，此时为DRY方式。
当遇到DCS上位机显示设备运行状态与就地不符时，可以首先甩掉外部设备接线TXA和TXB，用短接线短接1A和1B，查看DCS上位机的该信号变化情况和RY1继电器是否动作，同时LED1是否同时点亮。如果DCS上位机显示该信号有变化，则说明是就地设备的结点故障，应对就地设备DI反馈装置或电缆进行检修。
如果用短接线短接1A和1B后发现RY1继电器动作正常，而DCS上位机显示该信号无变化，可进一步判断CON1的触点连接问题或者柜间电缆到DCS的DI卡件通道故障。某煤化工项目在刚调试DCS时曾发生过CON1插头内的插针因污浊氧化发生接触不良而引起DI信号故障的情况，针对此情况，建议在对系统进行完FAT后，要求厂家务必妥善对机柜进行包装，防止运输途中因雨水进入或环境变化造成公头引脚的污浊氧化。这种D-SUB接口为37针整体连接方式，一般容易认为单个DI通道故障，不会是它引起的，容易被忽视。
如果短接1A，1B后发现RY1继电器不动作，且DCS上位机信号无变化，则判断是否为保险F1熔断，或者RY1继电器损坏。此時用万用表通断档检测微型方形保险若即可，针对继电器故障的情况，发生的机率非常低，笔者使用该类型继电器模组近10年，只发现过一起继电器损坏的案例。
当发现用短接线短接1A和1B后，RY1仍不动作，且之前检查保险F1和RY1继电器均无损坏时，则应立即停止再次用短接线尝试短接，此时可以拆下继电器，用万用表的二极管检测档位检查续流二极管D1是否被击穿。在这里我们叙述一下续流二极管的作用，续流二极管在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时，其两端的电动势并不立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流二极管。继电器的线圈是一个很大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当他吸合的时候存储大量的磁场。当控制继电器的电路由导通变为截断时，线圈斷电，但是线圈里有磁场，这时将产生反向电动势，电压可能高达1000v以上，这就造成易击穿该电路元件。在魏德米勒继电器模组中，续流二极管D1的型号为1N4007，该二极管数据手册上标注的反向耐压值为1000V左右，由于元器件的质量和寿命等原因，而且由于现场设备有可能窜入大电压电流设备，如电焊机的使用，灰尘引起的静电，都会造成续流二极管1N4007损坏。从图2的电路图中我们可以分析出，一旦D1击穿，其相当于是导线，当外部设备节点处于接通状态时，可以看出，相当于24V直流电源直接通过D1元件形成了短路，这种情况十分危险，如果D1击穿后的内阻很大，轻则熔断F1，如果D1击穿后内阻为0，则会导致整个24V供电电源保险熔断，致使该该卡件上的DI信号全部故障，在极端情况下，会致使整个继电器辅助柜内24V电源因短路过载保护，造成整个机柜内失电，所有柜内的继电器模组全部失电，在配置有DO继电器模组的柜内，还会造成DO输出的中断，后果极其严重。某煤制烯烃项目电站锅炉就曾因为此问题造成整面机柜失电，导致两台引风机运行反馈信号丢失30秒而发生MFT保护动作停炉的事故。 CH16（通道16）所示为外部设备回路提供24V电源的方式以驱动RY1，该种接线方式极少，这里不再过多分析，可参考上述的分析方法。
3.故障的处理
由于该型号的继电器模组应用较为广泛，并且其结构较为简单，电路原理简单，发生故障时，容易忽视以上原因，因此，需要大家在维护过程中特别注意检查，在发现续流二极管击穿的情况发生时，有条件的可以迅速更换备用通道以恢复生产，如果没有条件，为了快速解决问题，可以直接剪断D1二极管，消除短路影响，待停车检修时整体更换该继电器模组，但应注意该信号的开关反馈频次不应太高，防止该通道的继电器线圈蓄能后无法释放，损坏继电器而再次造成信号故障的情况发生。
4.注意事项
这里要特别说明和强调的一点注意事项是，当DI信號故障时，由于Honeywell的某些组态方式的使用，也会造成更大的影响。熟悉Honeywell PKS系统的仪表人员都知道在对开关型设备的控制时，一般采用DEVCTL功能块，即設备控制块来实现，其中该功能块中有localman参数，该参数表示就地设备在手动控制状态还是远方集中控制（或称DCS控制状态），如果localman引脚为1，一般表示为就地手动控制方式，相反则为集中控制方式。而现场对选择开关的接线方式又为：远方集中控制为1信号，就地为0信号，因此一般采用DI通道后取非逻辑接入Localman引脚，Localman引脚启用之后，系统有一个功能就是，输出信号自动跟踪输入信号，设备的控制输出信号与反馈信号保持一致，如果系统检测到设备运行状态为组态逻辑设定的停止，则不需要人为干预，DCS系统Z自动将输出保持在停止状态。某煤制烯烃项目公用工程就曾出现过由于输入继电器模组一个通道的续流二极管击穿，导致整个模组短路失电，造成该模组上的风机运行反馈信号与远程/就地信号同时消失，系统检测误认为设备处于停运状态，自动输出风机停止指令，造成循环水温度升高的生产事故。因此，维护人员要特别注意该功能的使用。如有必要，可要求电气人员更改设备控制箱的远程/就地开关的转换状态，由原来设计的远程为高电平1信号更改为低电平0信号。
总结
DI信号的故障判断看似较为简单，但在增加了中间元件后，我们在分析判断故障时，要加强对中间各个设备的原理进行分析和学习。另外，软硬件的配合使用也有可能对生产产生巨大的影响，必须统一的学习和分析。只有这样，才能做到保障有力，更好的为生产服务。
参考文献：
[1] PKS R410. Series_C_IO_Users_Guide_EP-DCX476[Z]. Honeywell， 2014.
[2]Interface Catalog，[EB/OL].Weidumiller 7769891424.
作者简介：
朱天宇（1985-），男，内蒙通辽人，本科，助理工程师，主要从事仪表控制系
统的维护与应用。