倍福 PLC总线耦合器 BK3150和总线控制器 BC3150缺陷分析与技术改造方案

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倍福PLC总线耦合器BK3150和总线控制      器BC3150缺陷分析与技术

改造方案

目录

倍福 PLC总线耦合器BK3150和总线控制器 BC3150缺陷1.概述

1.1总线耦合器 BK3150概况

总线端子耦合器 BK3150是倍福 PLC PROFIBUS DP“紧凑型”总线耦合器（简称：BK3150），其外观如图 1所示。

BK3150扩展了倍福总线端子模块系统，具有外形精巧、性价比高的特点。最多可以连接 64 个总线端子模块；通过端子模块总线扩展，则最多可连接 255 个总线端子模块，实现分布式总线控制。PROFIBUS 总线耦合器具有自动检测波特率的功能（最大为 12 Mbaud），有两个地址选择开关用于地址分配。对于现场总线连接，可以提供一个用于 ZS1031-3000 或 ZB3100 PROFIBUS 连接器的 D-sub 9 针接口。

倍福 PLC总线模块用于塔底子站之间、塔底与塔顶、塔顶子站之间的通讯。

1.2总线端子模块控制器 BC3150概况

总线端子模块控制器 BC3150（简称：BC3150 ）是集成了PLC 功能的总线耦合器，有一个用于 PROFIBUS DP的现场总线接口，外观结构如图 2。它是智能从站，可在 PROFIBUS 系统中作为分布式智能组件使用。在 BC3150总线

端子模块控制器中，一个节点由一个控制器、 1 - 64 之间任意数量的端子模块以

及一个总线末端端子模块组成。

BC3150通过 K-bus 扩展技术，最多可连接 255 个总线端子模块。具有自动检测波特率的功能（最大为 12 Mbaud），有两个地址选择开关用于地址分配。

BC3150可使用符合 IEC 61131-3 标准的 TwinCAT编程系统进行编程。可对每个总线端子模块进行配置，使其直接通过现场总线实现与上层自动化设备的数据交换。同样，预处理的数据也可通过现场总线实现总线端子模块控制器和上层控制器之间的数据交换。

2.故障情况

2.1 BK3150故障情况

通过倍福 PLC测试平台检测，发现BK3150 主要故障为 8号 I/O ERR灯常亮（颜色为：红色），无法正常启动。同时BK3150后面相连接的模块均无法启动（正常运行时在启动过程中 8#I/O ERR 灯会闪烁，并在启动结束后熄灭）。现象及接线图如图3 。


2.2 BC3150故障情况

通过倍福PLC测试平台检测，发现 BC3150主要故障为 8号 I/O ERR灯常亮（颜色为：红色），无法正常启动。同时 BC3150后面相连接的模块均无法启动（正常运行时在启动过程中8#I/O ERR 灯会闪烁，并在启动结束后熄灭）。现象及接线图如图 4 。



3.故障原因分析

3.1BK3150 故障原因分析

图 5为德国倍福出具的一份关于 BK3150模块损坏后的检测报告，报告中第2部分“故障的根本原因”中指出：“在总线耦合器的测试中检测出启动引导出现问题。正常的过程是，在启动过程中 8#I/O ERR 灯会闪烁，并在启动结束后熄灭。因此，耦合器在启动过程中出现冻结的根本原因是 SRAM由于过电压或电压峰值超过其额定输入电压而损坏”。

通过对BK3150做进一步拆解检查，结论如下：

1）经检查 BK3150外观无损坏，模块之间的连接针及 DP总线连接端口均无损坏等异常现象。

2）拆卸检测 BK3150内部电路，未发现内部电路元器件有明显损坏情况，电源输入端稳定。

3）对 BK3150内部所有芯片供电电路进行检测，发现 SRAM采用的是型号为 BS62LV1027的芯片，该芯片供电电压范围为 3.3-5.5VDC。实际检测的供电电压已达到 5.4V，接近 SRAM最大可承受电压值。电压轻微的波动变动就会导致该 SRAM损坏。

4）拆下 BS62LV1027芯片单独采用编程器进行检测，发现该芯片已经损坏。




3.2 BC3150 故障现象分析

BC3150模块外观结构与 BK3150基本相同，BC3150故障现象分析步骤基本相同。

1. 经检查BC3150外观无损坏，模块之间的连接针及DP总线连接端口均无损坏等异常现象。
2. 拆卸BC3150内部电路，未发现内部电路元器件有明显损坏情况，电源输入端稳定。
3. 对 BC3150内部所有芯片供电电路进行检测，发现 SRAM采用的是型号为 AT29C040A-90TU的芯片，该芯片供电电压范围为5 ±10%VDC。实际检测的供电电压已达到 5.37V，接近 SRAM最大可承受电压值。电压轻微的波动变动就会导致该 SRAM损坏。

 4.拆下 AT29C040A-90TU芯片单独进行检测，发现该芯片已经损坏。

AT29C040A-90TU芯片为 Flash储存器，其储存有控制程序。芯片虽坏后必须开发出该芯片程序才能修复。




4.修复方案

对已损坏的 BK3150和 BC3150可采用如下方法修复。

4.1 BK3150 修复方法

（1）拆开 BK3150外壳。

（2）更换 BK3150内部的内存芯片 BS62LV1027。

（3）在 BK3150内部 5V电源两端增加1个 5.1V稳压管，起到过压保护作用，防止内存芯片 BS62LV1027再次损坏。

（4）组装、恢复 BK3150外壳。

4.2 BC3150 修复方法

（1）拆开 BC3150外壳。

（2）更换损坏的 flash芯片：AT29C040A-90TU。由于原 AT29C040A-90TU芯片带有出厂程序，因此更换新的 AT29C040A-90TU芯片时，需要将原程序用编程器写入。

（3）在 BC3150内部 5V电源两端增加 1个 5.1V稳压管，起到过压保护作用，防止内部芯片再次损坏。

（4）组装、恢复 BC3150外壳。

由于上述维修方法具有较高的技术难度需要用到专业的工具，风电场不具备实施条件，可交由专业的硬件维修人员处理。对于风电场，可以采用如下技术改造方案，来彻底解决停送电损坏BK3150和 BC3150的问题。

5.技术改造方案

5.1.1浪涌抑制

增加 24V浪涌保护模块，如图 8所示。加入保护模块后不影响整个风机主控系统的原来配置和程序运行，只需要在电气接线加以改动，即可对 PLC各部分模块进行防浪涌的保护，提高了主控系统的稳定性。

浪涌保护模块是一款用于对耦合器或控制器以及现场 I/O的 24V双回路供电保护。浪涌保模块主要用于供电不稳定，以及恶劣的供电环境中。保护电气元件避免高能量的过电压浪涌信号冲击损坏。例如感性负载的操作过电压和供电系统遭受雷击等等过电压信号。

5.1.2供电方式改进

倍福 PLC-BK3150(BC3150)供电方式分为 K-BUS电源和IO电源，最大电流分别为 4A和 10A。BK3150(BC3150)多数供电仅使用了 K-BUS电源通道。将BK3150(BC3150)的 K-BUS电源与IO电源并行，可提高 K-BUS电源的稳定性。



6.改造建议

1. 主控系统是风电机组的“大脑”，它负责整机状态的切换、逻辑判断、故障保护、整机的协调控制、整机的控制算法。主控系统中的每个部件都是连接风电机组其他系统的重要桥梁，BK3150和 BC3150一旦出了问题将会是风电机组整个系统瘫痪。
2. 该问题为集中性缺陷。倍福 PLC 总线耦合器 BK3150和总线控制器 BC3150是风电机组主控系统中的重要组成设备，主要损坏原因为在恶劣的供电环境下工作，供电不稳定，存在高能量的过电压浪涌信号冲击。改造可以有效解决两个倍福 PLC模块的损坏问题，减少备件使用数量，节约运行成本。据不完全统计，集团公司每年约更换BK3150和 BC3150共计约 1000个，按照每个采购成本 1400元计算，仅此一项每年节省备件采用费用 140万元。
3. 必要的技术改造可以较少检修人员的劳动强度。机组恢复送电后，一般会出现大批模块损坏，多台机组停机，检修人员需要逐台登机更换模块。另外受天气因素的影响，更换轮毂内的模块需待天气条件允许后才能进行更换，致电量损失严重。

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