PIF卡串码故障原因分析及处理措施

端木德峰张小川黄樟明

端木德峰张小川黄樟明

中广核核电运营有限公司广西防城港538000

某项目采用的DCS系统通过优选逻辑卡（PIF卡）实现对设施的驱动功能。PIF卡对来自软件信号、BUP（备用盘）、ECP(应急控制盘)和DAC控制信号进行优选，在多个信号同时触发的情况下，按照硬接线信号优先于软件信号、保护信号优先于控制信号的设计要求，保证设备能够按照预期的保护逻辑执行相应的保护功能。近来PIF卡频发地址串码故障，影响其对下游安全专设设备的控制。因此，本文对PIF卡串码故障现象原理及串码故障根本原因进行分析，并介绍预防PIF卡故障的处理措施。

一、PIF卡串码故障原因分析

每一个PIF卡根据其所在机笼中solt的位置，对应一个唯一的地址。该地址用4位二进制码来表征，solt3的地址为1100，solt7的地址为1110。PIF卡上的地址模块（RM16）与机笼母板插针相连，通过识别高低电平进行地址识别——即针脚接GND时地址视为0，接E（E是电源正极）时地址视为1。在机笼地址设定正确的情况下，如果PIF卡件内部电路出现回路短路故障（例如RM16相关的针脚），那么卡件的地址识别就会出现错误。以solt3与solt7卡件为例，当solt7的PIF卡RM16模块某一位对应针脚短路，导致其对应地址由1110变为1100，此时其地址与solt3的PIF卡地址冲突，导致PIF卡与CPU通讯异常。

根据存在串码故障PIF卡的检测报告，故障PIF卡的RM16的两个针脚之间有短路迹象。通过对短路部分的成分分析，其主要成分是银离子。由于高电平与低电平的管脚间存在一定的电势差使电路板上发生了一种银离子电化学迁移的现象。银离子迁移后在针脚间形成树枝状的桥接，造成针脚间的短路。因此导致PIF发生串码故障，从而导致地址冲突报警。

二、PIF串码故障产生的异常报警原因分析

当机组出现PIF卡串码故障时，安全级DCS系统会报出ERROR119：

simplexconfigurationgslavetimeouterror（通讯超时）。在部分PIF卡串码故障中，存在故障PIF卡的BYP1指示灯异常点亮的情况。下面通过介绍CPU与PIF卡的通讯原理，来分析上述两种异常现象的故障原因。

2.1CPU与PIF卡的通讯原理

CPU与PIF的通讯分为三个部分：CPU给PIF卡发送数据，PIF卡接收CPU的数据，PIF卡将数据发送给CPU。

CPU给PIF卡发送数据：CPU通过BusMaster卡将携带有地址信息的数据发送给PIF卡。

PIF卡接收CPU的数据：当CPU数据携带的地址信息与PIF的地址信息一致时，PIF会读取来自CPU发送的数据。若CPU数据携带的地址信息与PIF的地址信息不一致，PIF卡不会识别该数据。

PIF卡将数据发送给CPU：PIF卡将携带卡件自身地址信息的数据发送给CPU。

2.2simplexconfigurationgslavetimeout（通讯超时）报警原理分析

仍以slot7的PIF卡存在串码故障，与slot3的PIF卡发生地址冲突为例，下列两种情况都会导致simplexconfigurationgslavetimeout（通讯超时）报警的触发：

①当CPU发出携带地址信息为1100的数据去访问slot3的PIF卡时，slot7和slot3的PIF卡会同时向CPU发出反馈信息，CPU不能像平常那样获取slot3的PIF的数据，导致通讯超时报警触发。

②当CPU发出携带地址信息为1110的数据去访问slot7的PIF卡时，由于slot7的PIF卡的地址已变为1100，因此slot7的PIF卡无法收到CPU的数据，CPU也无法来自得到slot7的PIF卡的反馈，导致通讯超时报警触发。

2.3PIF卡件BYP1灯异常点亮原理分析

PIF卡可以通过BYPASS回路来旁通level0层的设备来进行试验。当BYP1指示灯点亮位时表示PIF卡的输出被旁通。由于CPR1000机组的安全级DCS系统并未使用该功能，BYP1灯不应出现点亮现象。

对于PIF卡件BYP1灯异常点亮现象进行原因分析，仍以slot3和slot7地址发生冲突为例。当slot7的地址发生变动与slot3冲突时，由于地址变动后slot7和CPU的通讯中断，原本slot7要传给CPU的数据顺着已变动的地址传给了slot3。由于PIF卡输入输出的数据格式可知，PIF卡输入数据的IN5的数据位与PIF卡输出数据的BYP1的数据位一致。因此，当slot7的IN5为1时会导致slot3卡件的BYP1灯异常点亮。由于CPR1000采用的DCS系统中并不存在对应于BYP1灯的闭锁回路，因此BYP1灯亮并无大碍。

三、PIF卡串码故障处理措施

为避免PIF卡串码故障，维修人员采用硬件刷漆和软件升级两种方式对PIF卡进行处理。刷漆可避免银迁移问题的发生，软件升级可消除串码故障造成的影响。

3.1PIF卡硬件刷漆

测试人员对两块PIF卡同时进行湿热老化试验，其中一块PIF卡RM16模块涂刷三防漆，另一块不涂。湿热老化试验主要验证银迁移是否会发生及三防漆的效果。

湿热老化试验持续时间30天，试验结果：

①高温高湿可加速银离子迁移的发生。

②PIF卡涂三防漆能有效的阻止银迁移的扩展。

3.2PIF升级工作原理介绍

PIF卡软件升级工作是利用FPGA写入工具在PIF卡中增加PIF卡地址锁定回路和地址检测回路。

PIF卡软件升级工作主要包括以下三个方面：

1.改变地址读取方式：PIF卡软件升级前的物理地址读取方式为实时读取，即PIF卡的FPGA模块每个运算周期读取RM16模块地址，然后根据该地址与CPU通信。软件升级后，FPGA模块在PIF卡上电的时候读取RM16模块地址，将其存储为存储地址并保持不变，然后按存储地址与CPU通信。

2.增加PIF卡地址锁定回路：将上电后读取的地址存储在该回路中，即使发生串码故障，只要存储地址不发生变化，即可与CPU正常通信。

3.增加地址监测回路：FPGA每个CPU运算周期会读取RM16模块的地址信息，并与存储地址进行对比，若不一致则触发报警（173：PIFcarderror），该报警不影响PIF卡的正常功能。

四、总结

通过对PIF卡串码故障原因的分析，增强了对于PIF卡与CPU卡件通讯机制的了解，对于后续出现PIF卡串码故障时准确定位故障卡件奠定了基础。同时硬件刷漆和软件升级两种方式对PIF卡进行处理可有效避免银迁移问题的发生并消除串码故障造成的影响原因。

五：参考文献

[1]曲德成等，裂变缓发γ射线能谱的蒙特卡罗模拟[J]《原子能科学技术》，2008年4月，第42卷第4期

[2]曾昌恒，235U核燃料反应堆内的裂变产物放射性计算[J]《核科学与工程》，1992年3月，第12卷第1期