DCS系统应用及问题浅析

DCS系统应用及问题浅析

周 斌

（国电荆门热电厂）

摘要：介绍了国电荆门热电厂两台200 MW机组DCS控制系统改造及应用情况，描述了在安装、调试和运行中碰

到及解决的一些问题，并就目前仍存在的部分问题进行了初步分析，简要说明了处理办法。

关键词：DCS 应用 问题 分析

国电荆门热电厂始建于1976年，一、二期工程共有四台燃煤发电机组，总装机容量600MW(2×100 MW+2×200 MW)，目前正在建设三期2×600 MW燃煤发电机组扩建工程。已投产的四台机组热控系统原为DDZ-Ⅱ型仪表控制装置，1999年和2001年分别对两台200 MW机组进行DCS控制系统改造，采用南京科远凯易斯自动化仪表公司的NETWORK-6000分散控制系统和上海新华控制工程有限公司的XDPS-400分散控制系统。

1 分散控制系统概况

改造后的DCS系统功能包括闭环控制系统（CCS）、数据采集系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）等，实现单元机组的数据采集，数据显示，数据处理，协调控制，单元机组负荷控制，燃烧控制和燃料安全管理，汽水控制，汽机辅助控制，电动门开关控制，泵、风机启停以及机炉各系统各设备的控制与联锁保护等功能。每套DCS系统配置4台操作员站、一台工程师站、一台历史数据站，采用以同轴电缆为传输介质的冗余控制网（10M）和以双绞线为传输介质的以太网（100M），系统I/O点数有2500余点，开关量输入输出均为继电器隔离。

NETWORK-6000分散控制系统硬件为英国欧陆公司进口产品，DPU为PLC控制器，配有对20冗余DPU，采用中文版Windows NT Workstation 4.0操作系统平台，上位机监控软件为T3500，下位机组态软件为T550。系统最初采用总线型网络结构，投运后网络响应速度满，2000年6月又改为带冗余服务器的星型网络结构，两台操作员站兼做服务器。

XDPS—400分散控制系统硬件为新华公司产品，DPU为微型计算机，配有8对冗余DPU，采用中文版Windows NT Workstation 4.0操作系统平台，上位机监控及下位机组态软件为XDPS 2.04。系统采用总线型网络结构。

DCS系统改造后，控制室只保留了给水、二级减温、引风等自动装置的后备手操，少部分电接点液位计，工业电视，热工信号等热工仪表装置。

2 DCS系统出现的问题

DCS系统改造后总体来说运行还比较稳定，但在安装、调试和运行中也暴露了不少问题，

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既涉及到软件方面，又涉及到硬件方面。安装、调试期间大多是逻辑组态问题，由于有DCS厂家技术人员在现场，一般都能得到及时解决，再就是个别I/O卡件和隔离继电器出现故障，也及时进行了更换。随着DCS系统运行时间的增加，DCS系统出现的问题也越来越多，一部分已得到了解决，还有部分暂时还没有解决，大致有以下这些： 2.1 控制器DPU故障

2002年4月，NETWORK-6000系统FSSS主控制器在机组运行中发生死机两次，无法和上位机通讯，主辅控制器切换也不成功，FSSS失去控制。后在厂家的指导下，恢复了和上位机的通讯，重新下载组态后才恢复正常。再就是部分主辅控制器切换存在问题，多数情况下切换不成功。特别是辅控DPU掉电后，重新上电不能自动同步，须人工强制同步。

2003年底，XDPS－400系统#1DPU主板在运行中损坏，换新后#1DPU经常脱双网，与其他DPU交换后，该DPU依然出故障。新华公司多次来人处理仍不能解决，后又将#1DPU返回新华公司检查，没有查处原因，来现场后故障依旧。最近新华公司来人更换主板、网卡、双机切换卡后，情况有所改观，脱网故障仍然存在。新华公司建议利用停机机会再更换冗余的#21DPU的主板、网卡、双机切换卡。再就是在处理#1DPU过程中，#1DPU上电启动时导致该对冗余DPU控制的设备误启动，求助新华公司，他们回答不应该出现这一情况，真正原因还不清楚。另外DPU对环境温度要求高，在室温20℃时仍报警，后取消了报警功能。 2.2 网络故障

NETWORK-6000系统网络速度慢，网络切换速度也慢，系统响应速度也就慢。除了与系统配置（上位机Celeron400、DPU 25M）、网络中的两台操作员站又同时兼作服务器外，更主要的是DPU通过网桥连接在控制网上，而网桥的传输速率只有2.5M，形成了瓶颈。NETWORK-6000系统运行中经常发系统硬件故障报警信号，现场检查所有设备又都正常，厂家也不能解释原因。2004年5月底，曾发生所有设备全部脱网30秒后又自动恢复的情况，检查也未发现异常，与厂家联系回复为外界干扰所致，但自2000年初运行以来，这种故障也就发生了这一次。

XDPS－400系统相比之下情况要好的多，单运行后工程师站经常脱单网，更换一块网卡后才正常。

原设计时，锅炉给粉电源联锁由DCS系统控制，但在实际运行中给粉电源切换的时间太长，XDPS－400系统为3秒左右，NETWORK-6000系统为6秒左右，远不能满足实际要求。后利用停炉机会又将给粉电源联锁改为继电器控制回路。 2.3 板卡故障

DCS系统运行以来陆续发现部分板卡存在问题，也更换了一些板卡。 NETWORK-6000系统模拟量接线端子板故障较多，更换了5块。

XDPS－400系统部分BC板状态指示灯错误，且冗余切换也不正常。一块LCTB板故障，致使与该板相连的一硬手操由自动状态切到手动状态时，指令无法送到就地执行器。后经多次检查，发现印刷线路板错误，对照图纸更正后，恢复正常。 2.4 一些功能不正常

NETWORK-6000系统一些功能失常的问题比较突出，首先，SOE系统功能不正常，厂家也无能为力，现也废弃不用。其次，电器脉冲量采集数据偏差很大，经厂方多次处理未正常。第三，由于系统原因，历史数据收集点少，难以提供测点的历史数据，不利于运行情况分析。第四、

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DCS 系统硬件诊断不完善，运行及热工人员无法直接及时从CRT上获取设备真实情况。在设备故障和不冗余时，不能及时做出报警提示。最后，上位机监控软件及下位机组态软件均为英文，且下位机组态软件界面不友好，还停留在DOS阶段，不利于使用。 2.5 部分逻辑错误

NETWORK-6000为我厂首套DCS系统，改造时间长，调试时间更是长达月余，因此投运后出现的逻辑错误很少。而XDPS－400系统改造时间短，调试时间不足10天，运行中暴露了多处逻辑错误，已经做过不少修改，如处理轴封压力自动投不上时，发现轴封压力自动调节的组态不是在同一DPU内，将其组态改在同一DPU内后，问题得以解决；引风机停运信号为运行信号取反，因运行信号故障而导致MFT动作一次，现已改正。目前，XDPS－400系统组态逻辑中还有一些点引用错误，待适当的机会进行更正。 2.6 柜内配线及隔离继电器存在隐患

NETWORK—6000系统机柜内部配线较多，长度裕量也不够，导致一些导线在转角处绝缘层受线槽伤害而破损，出现过着火的情况，好在发现及时并进行更换，才未扩大后果。继电器损坏多，尤其是用作驱动电动执行器的固态继电器质量太差，几乎已全部更换。

XDPS－400系统情况稍好，但机柜内部个别转接线插头焊接存在短路问题，同一插头内一台电动门开到位时，导致密封油泵误启动，给水泵误跳闸。同样隔离继电器也有部分损坏。 2.7 DCS系统接地不规范

目前，DCS系统接地情况是将每个机柜保护地与屏蔽地直接短接，机柜与机柜之间再进行串接，然后就近接入电气接地网。这一做法显然不符合有关接地规范，我们也曾反映过，但DCS系统运行几年来还没有因接地而出现不正常的情况，因此，也就未引起足够的重视。与此同时，有关定期测接地电阻的规定也未得到有效的执行。 2.8 DCS系统安全问题

DCS系统是以计算机为基础的控制系统，其安全管理应该引起足够的重视。由于缺少经验，在这一方面曾出现过问题。2000年初，NETWORK—6000系统投运后，为了方便厂部相关部门领导了解机组运行的情况，通过在历史数据站加装一块网卡，使DCS系统网络直接与厂MIS网相连，而MIS网有连接到因特网上，DCS系统安全存在极大的安全隐患。好在还没有遭到用心不良的攻击，但是由于共享权限被系统默认为完全共享，不幸从MIS系统上感染了病毒，导致系统速度越来越慢，几乎不堪重负，后利用小修机会对所有上位机进行杀毒并重装操作系统及所有应用软件，将共享权限设置为只读共享，在历史数据站安装诺顿网络防火墙，其他上位机安装趋势科技病毒防火墙。虽然有一定的作用，但仍不能阻止通过DCS系统历史数据站访问MIS网，DCS系统安全隐患依然存在。

2001年底，XDPS－400系统改造时吸取了一些教训，采取将DCS部分实时数据写入MIS系统指定的服务器，保证共享权限为只读共享并限制了大多数IP，但仍通过在历史数据站加装一块网卡的方式使DCS系统网络直接与厂MIS网相连，依然不能阻止通过DCS系统历史数据站访问MIS网，同样存在不安全的隐患。只不过没有发生异常情况。

2004年底，为落实国电集团公司有关DCS系统安全的相关要求，拆除了DCS系统与厂MIS直接连接的通讯电缆，在二者之间安装了物理隔离装置，DCS系统部分实时数据先送到隔离装置，再由隔离装置将数据送到MIS系统指定的服务器，严格保证了数据单向传输。同时阻止DCS

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系统访问MIS网以及MIS网访问DCS系统，DCS系统安全性能得到极大改善。

目前，DCS系统的操作权限管理还比较薄弱，DCS系统改造后，热工专业班组的设置还是沿袭过去的模式，几个班组都需对DCS系统进行操作，虽然靠规章制度来约束，但大多数人还是都可以用工程师级别的权限对DPU组态进行更改，有时无意中修改了某些参数，导致冗余DPU不能正确地跟踪，存在出现不安全事件的可能，尽管到目前为止还没有出现。

3 下一步的改进

针对DCS系统现存的一些问题，我们将利用检修机会开展一些有针对性的改进工作，以提高DCS系统的性能。在接下来的大修中，我们将对NETWORK—6000系统网络进行升级改造，增加以P4为处理器的两台冗余服务器和一台历史数据站，取消已成为瓶颈的网桥，通过交换机构成100M的控制网和以太网，提高网络速度和完善历史数据收集功能。同时对板卡、配线及继电器进行检查，发现问题及时处理。

我们也会利用停机停炉机会对XDPS－400系统#1DPU经常脱网的问题进行更进一步的处理，尽可能消除这一故障。除对板卡、继电器进行检查外，重点对配线及转接线进行检查，消除隐患，确保不再发生类似的故障。

我们将继续反映接地问题，尽量按接地规范进行整改。同时，我们将根据几年来的经验，本着提高DCS系统安全管理水平和满足生产需要的原则，对现行热工班组设置设备划分进行调整，从而生产效率。

4 几点体会

从事DCS系统检修维护的几年来，对DCS系统的了解和掌握不断增多，处理故障的经验也不断丰富，也有几点不太成熟的经验。首先，DCS系统的选型比较重要，选用国产主流产品比较合适，按国内DCS专家的观点：“国产DCS的价格低很多，基本技术要求也能满足，且因开发较晚，某些技术比国外产品还先进，如以太网的应用、导轨嵌入式PC为基础的控制器和现场总线接口等；从结构上看，国产DCS比某些进口的DCS还合理”。从应用情况看国产主流产品各方面的性能较好一些，技术服务较好，备品备件供应及时。同时多台机组DCS系统应尽可能选用同一厂家的产品，可以减少备品备件数量，节省费用。其次，DCS系统改造时调试的时间要长一些，尽可能将所有逻辑功能都调试到，这样运行中出现的逻辑功能错误就少。第三，在进行DCS系统改造时也要对外围设备进行适当的改造，否则有些自动和联锁装置效果差或者投不上。第四，要根据生产设备的状况在进行DCS系统改造时对改造的范围进行实事求是的论证，否则会花一些冤枉钱。最后，DCS系统改造后在加强培训工作的基础上更要做好DCS系统的安全管理工作，有必要对设备重新划分，做到各司其职，各尽其能，更好满足生产需要。

5 结束语

DCS系统是一个实时性好、可靠性高的网络型控制系统，解决了现代化大生产中过程控制传统的仪表控制系统难以胜任的问题，实现了过程实时参数和历史数据的管理及性能计算等，控制系统构成灵活，组态便利，扩展性好。从几年来运行的情况来看，尽管我厂DCS系统还存在一些问题有待改进，但基本能够满足生产需要，自动化水平得到了响应的提高，应用还是比较成功的。

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