分散控制系统在运行初期出现问题

分散控制系统在运行初期出现的

问题及其处理

丁翠兰 刘长生

（百年电力发展有限股份有限公司）

摘要：介绍百电公司3号机组XDPS 400分散控制系统(DCS)的组成、功能及其过程站的配置，对DCS

在机组运行初期暴露的主要缺陷、故障及原因进行了分析，并提出处理方法和改进措施，进一步巩固3号机分散控制系统运行的稳定性。

关键词：分散控制系统 故障 处理方法

Abstract：Introduce DCS composing 、function and scheme of NO3 units in ShanDong Century Electrical Power Development Company(SCEPD). Analyze primary defects in first run-time and suggest improving measures for these problems. Increase stability for the NO3 units . Key word: DCS Defect Improving measures

百电公司3号200 MW机组为燃煤中间再热凝汽式机组，锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ—670/137—2型单汽包自然循环中间仓储式煤粉炉，燃烧器设在炉膛四周采用四角布置，尾部单烟通道结构，采用喷水减温法调节主汽温，挡板调节再热汽温。汽机为一次中间再热、单轴三缸、三排汽，由北重汽机厂生产的，型号为N200—130—535/535型。发电机采用定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷，铁心及其它结构均为氢表面冷却方式。

该机组采用一机一控的机炉电集中控制方式，XDPS 400分散控制系统(DCS)由新华控制工程公司提供，该系统在机组调试期间，运行基本稳定，但也出现较多问题，影响了机组的正常运行，为此，对出现的问题进行分析和探讨，并采取相应的处理方法和改正措施，修改后的系统运行稳定。　

1 百电公司3号机组的分散控制系统

1.1 分散控制系统(DCS)的组成

百电公司3号机组由XDPS构成的DCS系统相关设备主要包括控制柜、端子柜、数据高速高速公路、操作员站和操作台以及AB变频器柜等，控制柜主要有计算机DPU1和DPU21和DPU22、DPU3和DPU31及相关I/O卡件等。 1.2 分散控制系统(DCS)的功能

DCS系统与DEH系统通过数据高速公路相连，分散控制，信息共享，具有自动调节、程序控制、数据采集、逻辑保护等方面的功能。主要覆盖数据采集系统(DAS)、协制系

49

2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集 DCS

统(CCS))、数字式电液控制系统（DEH）。DAS主要功能为：数据采集和处理、显示器(CRT)、打印记录、历史数据存储与检索、性能计算；CCS主要功能为：协制系统、燃料量控制、磨煤机风量及出口温度控制、送风机调节、炉膛负压调节、一次风压调节、辅助风门控制、给水调节、汽温控制等；DEH主要功能为：汽机转速控制、自动同期控制负荷控制、协制、多阀控制、OPC控制、汽轮机程控启动。 1.3 分散控制系统(DCS)过程站的配置

XDPS分散控制系统由分散过程控制装置、操作管理装置和通讯系统三部分组成。DCS过程控制装置的配置：DAS配2个机柜，CCS配6个机柜，DEH配2个机柜。冗余配置的双DPU是系统的控制核心，现场信号的采集、处理以及与上位机（MMI）的通讯、执行上位机发出的指令都在DPU中实现，因此保证DPU工作、通讯正常是系统稳定运行的关键。DCS系统网络用以太网作为数据高速公路（Data Highway）。现场I/O通讯采用位总线BitBus。网络通讯的设备或部件主要有高速以太网50Ω的同轴电缆（A网、B网、C网）、网络通讯卡、双机切换卡、BC卡、BitBus总线电缆、I/O站总线底板等。每个I/O控制卡与端子板之间采用37芯电缆连接。Data Highway上接的节点有过程控制系统(DPU)、工程师站(ENG)、历史数据站(HSU)、OPU操作员工作站和MIS(信息管理系统)预留的ICI03接口。

2 XDPS-400型分散控制系统的主要缺陷、故障及原因分析

2.1 操作员控制站(OPU)画面设计不合理

OPU操作员站画面存在较多不合理之处，操作站监控画面共计300多幅，画面的过度模块化设计，使画面过于分散，在操作时画面切换次数过多，而部分重要参数未入画面，计量单位显示又不统一，不利于运行人员快速准确监视操作，尤其在事故处理等紧急状态下，问题尤显突出。　 2.2 操作员工作站死机

DCS系统每个操作员站都有自己工控机。机组调试期间，多次出现OPU的CRT无显示或画面不动的死机现象，无法完成机组监控。从检查情况来分析，故障出现的原因主要有：

1) 工控机脱网或网络连接接存在故障， A网和B网两个实时数据网均脱网，此时系统自检中所有MMI（操作员站、工程师站、历史数据站等）、DPU、GTW均变成红色并且A网和B网均显示为虚线，现场数据无法传递到操作员站上，操作员站的操作指令也无法通过以太管理网传递到DPU中，出现双向通信中断。

2) 服务器主机出现故障。引起故障的主要原因为软硬件出错、系统组态错误设置等造成。 XDPS系统是双DPU冗余配置、互为备用，当单个DPU复位重启后，将从主控DPU中拷贝所有的组态和实时数据，以确保一对冗余DPU运算一致。当两个DPU同时复位，首先启动成功的那个DPU，将从自己的DOC中读入文本组态，读入后的瞬间，DPU对逻辑回路或模块的实时值无法判断，所以组态输出将出现“缺省值”状态。等DPU扫描到I/O实时值后，再进行运算。DPU故障造成服务器故障的原因主要有：

a、单DPU离线： b、一对DPU同时离线：

50

2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集 DCS

c、DPU组态文件丢失 3）DCS电源故障

DCS系统采用双回路供电：一路由电气工作段电源经UPS送DCS系统，另一路由保安段电源直接送DCS系统，两路电源在系统供电电源箱进行双回路切换。一路电源失电对系统不会造成影响（DEH会发失电报警的光字牌信号），但若两路电源都消失，DCS就停止工作，无画面显示。

4）MMI站故障：MMI（人-机接口）站包括操作员站（OPU）、工程师站（ENG）、历史数据站（HSU）等。机炉全部操作员站（OPU）均出现故障（如无图像显示、操作失灵），无法监视、操作。 2.3 卡件故障

百电公司3号机组XDPS-400型分散控制系统的DPU (过程控制单元)所用的卡件主要有：用于完成现场数据的实时采集与控制的输入输出（I/O）卡件、模拟量输入输出（AI、AO）卡件、开关量输入输出卡件（SOE/DI、DO）、脉冲量输入卡件（PI）、SMC脉冲量计数卡件、LC双回路控制卡、LC-S伺放控制卡、MCP测速卡、MCP-OPC高速采样卡件、VCC阀门伺服控制卡、BC站控制卡件、BC网络型站控制卡、BZT备用电源自投保护卡、LPC逻辑保护卡、OPC超速保护卡、SYN同期控制卡件及电源监视卡件。为提高控制系统可靠性，XDPS-400分散控制系统中采用较多的措施来提高卡件可靠性，如主控机DPU采用双机冗余结构、主变送器采用冗余设计，使主汽压、调节级压力通过三个变送器进入模拟量转换板进入计算机，三选二后进入控制回路。当主卡件处于执行方式时，后备卡件则处于热备用方式，并通过冗余链不断接收主卡所有功能块的拷贝输出，一旦由于某种原因主卡离线，后备卡件就可以立即无扰切换代替主卡运行。

从现场调试情况看，XDPS-400分散控制系统中卡件运行出现不稳定现象，出现过一对MFP模块均同时故障的现象，造成该MFP所控制的调节系统失灵。卡件故障的主要原因有：系统调试初期运行人员操作不当、卡件质量不过关、环境复杂，现场温度偏高、粉尘较大；软件组态不合理等。

3 处理方法和改进措施

3.1 对画面进行修改

针对操作员控制站画面存在不合理情况，根据运行管理编制、运行操作习惯及机组运行特点，从稳定、安全、经济运行的角度出发，对画面进行修改，修改内容主要有：

1) 将凝汽器(包含水位控制)、2台凝结水泵、4台低压加热器、除氧器(包含水位控制)、凝结器补水箱、2台补水泵、1台锅炉上水泵设备放到“凝结水系统”一个画面上；

2) 2台循环水泵，凝结水进出水门，2台氢冷升压泵的启动、停止操作，2台工业水泵的启动、停止操作均放到“循环水系统”一个画面上；　

3)根据机组事故分析需要，增加了一些测量点，如再热器汽温、轴瓦瓦温度显示等 3.2 对服务器死机现象的处理

若发生服务器死机及模件故障现象，可采取如下处理：

1) 对系统自检及现场机柜进行检查，确定并更换故障模件或出现不稳定的服务器模件；

51

2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集 DCS

2) 根据需要重装服务器软件；

3) 出现死机现象时，仔细分析报警记录，尽量找出死机原因，找不出原因时，在ENG上用软复位命令重启服务器，若都不能将系统恢复，则采取拉电等硬复位措施；

4）如果DPU仍旧不能正常运行，则需要停电，拆下检查其电源、主机卡、散热风扇以及DOC 等硬件有无问题，并进行更换等操作。

5) 当服务器脱网，应考虑检查服务器的以太管理网连接，确保网络硬件接口连接良好； 6) 加强对工程师站的管理，避免系统的误组态，同时加强OIS系统组态的备份，以便需要时，可以迅速恢复系统。

3.3 改造以太管理网网络的连接方式

改造以太管理网网络连接方式，增强网络安全。使改造后某根网络连接线接触不良或折断只能影响该网络连接的设备，而不会影响整个网络，这样以太管理网的安全性能及可靠性能得到很大提高。

3.4 对模件故障现象的改进

针对模件故障，采取以下措施：

1) 充分利用XDPS-400系统的在线诊断、自动恢复和自保持功能，加强卡件的维护，完善报警系统管理及运行，对不同报警内容进行分级管理，及时更换网卡、344卡、主机卡、DOC、BC卡、AI、AO、DI、DO卡等故障模件，必要时更换DPU直流电源或DPU整机，使系统运行安全；

2) 完善输出保护功能，尽量减少每个D/A转换器所控制的输出通道，保证输出信息的时间和准确率；

3) 严格测试地网及接地电阻，扩大地网的接触面积，采用铜地网以降低系统接地电阻。加强现场管理，禁止在DCS模件柜间内使用对讲机、手机等干扰源，减少对模件的射频干扰。

4)重视完善各种抗干扰措施，模拟量输入用隔离放大器隔离外界干扰；开关量输入输出用继电器隔离；用滤波过滤输入量中各种突变的干扰量等。 3.5 对XDPS升级

1)将MMI软件的升级。MMI（人机接口站）是操作员、管理人员、控制组态和维护人员与分散控制系统交互的界面，最主要的功能是完成操作者与计算机之间的信息通讯。所以对XDPS升级首先对MMI软件升级。方法是：运行安装盘中的SETUP.EXE文件，选择安装MMI软件、VDPU软件、DPU影像文件，安装完成后重新启动NETWIN．EXE。

2)升级DPU中的系统文件。以SENG级别连接各个DPU中的组态，上装DPU中的系统文件：VIO.DLL、XNET.DLL、VDPU.CFG、VFUNC.DLL，检查其属性中的时间，如旧文件的时间早于新文件的时间，可下装新文件，之后重启该DPU。 3.5 采用可靠性高的电子元件

开始我们给水泵最小流量阀控制采用的延时继电器是晶体管式的，这种时间继电器抗干扰能力差，有时起不到延时作用，引起保护误动，应更换高可靠性的数显时间继电器或进PLC系统。

3.6 加强检修和运行人员的培训

52

2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集 DCS

采取仿真培训，使运行人员和检修人员能在DCS出现异常时，各尽其责，及时判断异常原因并采取有效措施，使系统尽快恢复正常。

如：当所有I/O信号在微机上均显示为粉红色且数值保持不变，运行人员无法在微机上操作与该站相连控制设备，若相关设备不能切换到就地操作时，视情况，运行人员应进行必要的操作和隔离处理，并迅速通知检修人员进行处理。检修人员应根据检查情况，在与该I/O站相关的端子板用万用表检查相关设备的指令输出与就地设备状态相符，并强制保持信号，解除与该I/O站相关的自动与保护，在确认I/O状态不会因更换BC控制卡而出现非正常扰动后，更换BC控制卡或更换该站BitBus总线电缆，检查实际I/O信号正常后，恢复该I/O站有关端子板的接线。

若两路电源都消失，处理方法如下：

1) 由于DCS系统采用UPS供电，当电气侧两路电源都消失，UPS仍可维持系统正常

运行1小时左右，运行人员可根据电源故障情况及低压动力设备的供电情况选择继续运行还是手动停机、停炉。

2) 如DCS系统两路电源都消失且UPS储存电量耗尽，DEH系统会因失电自动跳机，

运行人员应按汽轮机跳闸处理。

3) CCS系统失电后MFT应动作，否则立即手动停炉。

4) 如果系统有一路电源出现故障（非电气检修正常停电），运行人员应立即联系热工人

员检查处理。

4 结束语

百电公司3号机组所用的DCS使运行人员既可监视机组运行的安全、经济情况，又可控制每个控制回路的参数和状态，基本上实现了显示操作和管理的高度集中。在机组运行调试期间，针对各种故障发生的实际情况，进行了成功的改进和完善。目前3号机组DCS系统运行稳定性已有较大提高，保障了整台机组的安全、稳定和经济运行。

53