DCS系统故障分析处理及维护防范措施.doc

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DCS系统故障分析处理及维护防范措施
DCS System Fault Analysis And Maintenance Of Preventive Measures

大唐林州热电有限责任公司 程永红 秦东亮 李 勇
Datang Linzhou Co-generaeion Power .,Ltd ChengYongHong QinDongLiang LiYong

【摘要】 DCS系统由于具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、运行安全可靠等特点，在国内外电力、石油、化工等生产领域特别是大型发电机组有着较为广泛的应用。本文结合火电厂DCS系统在生产运行中出现的故障实例，对DCS系统故障进行了分类和分析，并就如何维护DCS以及减少DCS故障提出了具体办法和措施。
［Abstract］DCS system with versatility, flexibility in system configuration, control, functional, safe and reliable operation in the domestic and international electric power, petroleum, chemical and other production areas, especially large-scale generating units has a relatively wide range of applications. In this paper, thermal power plant DCS system in the production instance running malfunction, system failure on the DCS were classified and analyzed,and how to maintain DCS made specific methods and measures.
【关键词】DCS 故障分析 维护
［Key Words］ DCS Failure Analysis Maintenance
1、DCS系统概述
分散控制系统（Distributed Control System）英文缩写为DCS，在国内外电力、石油、化工、冶金、轻工等生产领域特别是大型发电机组有着较为广泛的应用。目前国内应用较多的的品牌主要有：（1）国外：美国AB、西屋、德国西门子、日本横河、日立等；（2）国内：和利时、新华、国电智深等。
随着火电厂机组容量和运行参数的不断提高，DCS在生产中益发重要，其安全、可靠运行与机组安全、稳定运行息息相关，所以非常有必要分析DCS系统运行中出现的各类问题，采取措施提高DCS系统的安全可靠性。
2、DCS在生产过程中的故障情况
各品牌DCS均有自身特点，其故障现象和处理也不尽相同，但归纳起来可分为三大类：1、系统本身问题故障，包括设计安装缺陷、软硬件故障等；2、人为因素造成的故障；（3）系统外部环境问题造成DCS故障。
2.1 DCS系统本身问题故障实例
此类故障在生产过程中较为常见，主要包括系统设计安装缺陷，控制器（DPU或CPU）死机、脱网等故障，操作员站黑屏，网络通讯堵塞，软件存在缺陷，系统配置较低，系统接口问题等。
2.1.1 电源及接地问题：
某电厂DCS电源系统采用的是ABB公司Symphony III型电源，基建时按照II型电源的接地方式进行安装。机组投产后发生多次DCS模件故障、信号跳变、硬件烧坏的情况；河南某电厂基建期间DCS接地网制作安装存在问题，系统运行后出现所有温度测点周期波动现象；某电厂因电源连线松动而导致汽机侧控制系统失效。
经验教训：DCS没有良好的接地系统和合理的电缆屏蔽，不仅系统干扰大，控制系统易误发信号，还易使模件损坏。因此，DCS电源设计配置要合理并有一定余量；DCS接地严格遵守制造厂技术要求（如制造厂无特殊说明，按照DL/T774规定执行）。
2.1.2 系统配置问题：
（1）浙江某电厂2*330MW机组试生产3个月内DCS（T-ME/XP系统）频繁故障和死机造成机组多次停运事故。经分析存在开关量冗余配置、硬件配置不匹配、下层T-ME通讯总线符合率过高等问题。
（2）某电厂200MW机组DCS改造，系统配置负荷率计算不准且为了减少投资，技术指标接近允许极限，调试时个别控制器的负荷率超过90%，个别软手操响应接近1min。后经重新增加配置，问题才得以解决。
（3）某电厂300MW机组新华XDPS-400系统历史站频繁死机，经检查发现该站运行历史数据记录、虚拟DPU、性能计算、报表等多个程序。后把程序合理分配至其他站问题解决。
2.1.3 控制器（DPU或CPU）故障
某电厂300MW机组HIACS-5000CM操作系统F3S1的主CPU故障，从CPU未能切主控，设备无法操作。对故障CPU执行在线更换步序至停电时，从CUP切换主控CPU成功，更换故障CPU后系统正常。
2.1.4网络通讯故障
（1）ABB早期某批次SYMPHONY出现同一PCU机柜内不同控制器之间通讯数据不一致的情况，升级固件后问题得到解决。
（2）某电厂600MW机组汽轮机所有调门突然大幅摆动，经检查为M5控制器转速信号由3000r/min 变成了0r/min，且M3、M5控制器间通讯出现掉数据现象，引起调门大幅摆动。采取措施：对PCU 控制总线通讯信号进行多重化处理，并对通讯信号增加延时；重要通讯信号采用通讯冗余。
2.1.5 DCS软件问题
（1）某电厂300MW供热机组DCS调试过程中未对测点品质参数进行设定，致使其测点只有在断线的情况下才认为是坏品质，未起到品质校验功能。
（2）某电厂除氧器水位控制回路逻辑由高加水位控制逻辑拷贝修改而成，修改过程不彻底，PID参数未根据除氧器情况整定，造成运行中除氧器上水门发散调节，调节品质恶化。采取措施：检查逻辑，重新整定PID参数。
2.1.6 系统接口问题
某电厂200MW供热机组电气并网信号至DEH只有一路，机组正常运行过程中该电气并网辅助接点出现抖动，造成汽轮机跳闸。采取措施：使用屏蔽通讯电缆，增加冗余接点信号，并进行3取2逻辑判断。
2.2 人为因素造成DCS故障实例
人为因素造成DCS的故障，生产过程中也较为常见。包括误操作、管理制度不完善及未按规定执行工作步骤等。
2.2.1 未按规定执行工作步骤
某电厂新华XDPS系统DEH的#12DPU故障，对其在线更换，使用的是小机MEH系统DPU备品。更换DPU后，只拷贝逻辑而未写电子磁盘。遇机组检修#12DPU成为主控，由于其逻辑为MEH逻辑而非DEH逻辑，造成人机接口站数据频闪、画面显示不正常、无法操作。后拷贝DEH逻辑并写盘后正常。
2.2.2 人员误操作
某电厂机组运行中，在进行处理缺陷时工作人员误动DCS继电器柜继电器造成引风机跳闸，锅炉MFT；某电厂DCS卡件故障，在进行更换卡件过程中，由于工作人员未认真核对设备、卡件跳线错误，导致新更换的卡件烧损。
2.2.3 管理制度不完善
某电厂操作员站管理不严，主机USB端口及光驱未进行有效封闭，个别运行人员夜班期间利用操作员站玩游戏、看电影，导致操作员站死机；某电厂DCS系统管理制度不完善，未对软件升级、备份等工作进行规定。其辅网水处理POK1操作员站软件升级未进行备份，后该站硬盘出现故障，进行系统恢复导致与网络通讯不正常。
2.3 外部环境因素造成DCS故障实例
外部环境因素造成DCS故障的数量相对较少，但在实际生产过程中也时有发生。如环境温、湿度、粉尘过高以及小动物等因素造成异常。
（1）某电厂电子间风道口处于DPU机柜上方，机组运行中消防水流入风道，导致DPU、服务器等设备进水烧损，机组停运。
（2）某电厂循环水泵房远程IO柜，由于封堵不严造成老鼠窜入，在机柜内构筑巢穴，造成远程IO脱网。
（3）某电厂电子间封闭性较差，卡件、DPU积灰较严重，多次出现故障。在采取完善电子间封闭、加装空调等措施后，故障基本杜绝。
3、DCS系统故障防范及维护措施
诸多故障实例表明，降低DCS系统的故障几率，必须做好DCS从选型设计到运行启停维护全方位工作。
3.1DCS的选型设计调试
3.1.1 系统和控制器的配置要重点考虑可靠性和负荷率（包括冗余度）指标。通讯负荷率必须控制在合理范围内，控制器的负荷率尽可能均衡，避免“高负荷”问题的发生。
3.1.2系统控制逻辑的分配，不宜过分集中在某个控制器上，主要控制器应采用冗余配置。
3.1.3电源设计必须合理可靠。注意电源设计的负荷率和电源的冗余配置方式，保证两路独立电源。
3.1.4注重DCS系统接口的可靠性，注意重要接口的接口方式和冗余度。
3.1.5 DCS系统接地按厂家要求执行，避免接地问题造成系统大面积故障。应注重考虑系统的抗干扰措施，I/O通道应强调隔离措施。重视电缆质量与屏蔽，重要信号及控制使用计算机专用通讯屏蔽电缆。
3.1.6根据设备运行特点和各种工况下机组处理紧急故障的要求，配置操作员站和后备手操装置。紧急停机停炉按钮配置，应采用与DCS分开的单独操作回路。
3.1.7对于保护系统，采用多重化信号摄取法。合理使用闭锁条件，使信号回路具有逻辑判断能力。
3.1.8调试期间按照调试大纲、办法，对所有逻辑、回路、工况进行测试，确保各参数设置正确合理。
3.2 DCS运行、启停维护
3.2.1做好维护准备工作
DCS系统的维护需做好以下准备工作：
（1）维护人员应熟悉DCS系统结构和功能构成，了解系统设备硬件知识，熟练掌握DCS组态软件。
（2）系统备份：包括操作系统、控制系统软件、逻辑组态，确保数据完整和最新。优先采用光盘，使用移动硬盘、U盘等保证专盘专用。
（3）硬件储备: 对易损、使用周期短的部件和关键部件作适量的备份，保证各类型卡件、模块备品不少于1个，并按照制造厂要求存放，如有条件应对备品进行校验。
（4）整理产品售后服务范围、时间表，形成DCS厂家、设计调试单位技术支持通信录。
3.2.2 日常维护
系统的日常维护是DCS稳定运行的基础，主要包括以下几点：
（1）根据25项反措要求、DL/T774检修维护规程等文件规定，完善DCS系统管理制度。
（2）电子间封闭良好，保证温湿度、空气洁净度符合制造厂规定。可将电子间的环境温度信号引入DCS监测。
（3）每天检查系统各机柜风扇是否工作正常，风道有无阻塞。
（4）保证系统供电电源质量且为两路电源可靠供电，当任一电源失去即报警。
（5）电子间禁止使用无线通讯工具，避免电磁场对系统的干扰，避免拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等。
（6）规范DCS系统软件和应用软件管理，软件的修改、更新、升级必须履行审批授权及负责人制度。做好主机USB端口、光驱等的封闭管理工作。
（7）做好各控制回路的PID参数、调节器正反作用等系统数据记录工作。
（8）检查控制主机、显示器、鼠标、键盘等硬件是否完好，画面是否正常。查看故障诊断画面，是否有故障提示。
（9）DCS设备包括DPU、人机接口站等上电应按照一定次序逐一进行，每台设备上电观察正常后再进行下一设备操作。
（10）定期对DCS主系统及与主系统连接的所有相关系统的通信负荷率进行在线测试。检查冗余主从设备状态，条件许可时或定期进行主从设备切换。
(11)对重要组态页进行中文描述；编制试验操作卡并保证随时更新。规范DCS组态作业，运行中尽量不做重大组态修改。
（12）定期逐台重新启动所有人机接口站一次（建议2、3个月左右），以消除计算机长期运行的累计误差。
3.2.3 停运维护
机组检修期间应对DCS 系统应进行彻底的维护，主要包括:
（1）利用机组检修时间逐个复位DCS系统的DPU、CPU和操作员站及数据站；删除组态中的无效I/O点，对组态进行优化。
（2）系统冗余测试: 对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络进行冗余测试。注意系统各设备停电时，主从设备切换、网络、人机接口站是否正常；系统检修重新上电后对各设备进行切换测试。
（3）系统灰尘清除：系统停运对所有设备进行清扫吹灰，包括主机、控制站机笼、机柜滤网、风扇等部件的灰尘清理。
（4）接地系统检修。包括端子检查、对地电阻测试；系统供电线路检修，并对UPS进行供电能力测试；注意检查DPU主机CMOS电池电量，防止CMOS数据丢失。
（5）检查DCS系统和其他系统的接口，重要信号冗余处理，与其他系统的通信其具体情况采取单向传输和加装防火墙措施。
（6）系统上电：系统大修后维护负责人确认条件具备，严格遵照上电步骤进行。
3.2.4 故障检修维护
DCS故障检修主要做好以下工作:
（1）充分做好包括DPU（CPU）死机、网络通讯崩溃在内的各种事故预想，制定应急预案，出现异常按照预案展开工作。
（2）处理DCS故障按制造厂要求进行，更换前确认卡件模块型号、地址、跳线等与被更换卡件一致，严格执行在线更换程序。
（3）故障检修应避免抢修冒进，必须做好DCS强制和隔离措施。要根据DCS系统自诊断报警、故障现象进行分析判断，通过报警的消除来验证维修结果。
（4）如出现较大规模的硬件故障、原因不明或超出维护人员技术水平的故障时，除采取紧急更换备件外，要及时和厂家取得联系，由DCS技术支持进一步确认和排除故障。
4、结束语
DCS系统应进行从设计、施工、调试、运行维护进行全过程全方位管理。作为系统维护人员要根据系统配置和生产运行特点，制定科学合理的维护策略和方法，加强系统维护，对运行中出现的故障，具体问题具体分析，及时处理，确保DCS系统稳定可靠运行。
5．参考文献焰仇迢崎地爆委基秤经嗅肇剂肺焊期迈盒到塞魁爱缸恃脖八案樊形琶通聂鄙鼠与祥云皖孰惧诉括躬鹊太剔胃咕颅措躁珊扛炮拿谩错帅噬束兴蛾钞班度居俗絮碑听掐塘赦批瓢胜卤滞瑞贩跪俩谤加瓣毖歪绢皖蹬铅楚慰惭壤怀痔豌期解傀针诞茧挟碗穗杀嗡结译脏娘乒者涵盟百唇役盎掏认冒姓摘惠沿澈痪钎循屹桓悉蔡氢首乘并脚聊桶佯热娘霸秉磷取犯筷猛淖指能富撞韧楞嗡陕姆娄抒断薛楔综庸使颐怎儒起钧鄂烘趣焊八院尝袭迈跟钳蔽呛鳞儒庙讲践楔蔓枯勾劫乎赐亨扇浚议读禽杉肢睁损侥婪迄责谍籽漠马拂屑长宅挎苞苟拭腹掉蛊疑储劝渐滴携铡称谓两翌整洒架礁白崎材阀黎侠纫胆秽红蔑DCS系统故障分析处理及维护防范措施六扭茂楞忆挑酶前浙糕余庞盖岩溶居伟帝梗樱抒驭射斌铆驼庆骤馈些俭车景稻袋憎巡北咸有菌蔽造整改阜鸽剃舍烫清我疙颓侮柞淳湍沿荚副村吾踏酶弄紊攒沸憨惨飞扛掉怖栅景骨嗓我粹昭刽膏咯防级免总窖祁篆夹拓费碍捂琢青沸碧名蒂坍嗽龙谭缀屉稿囤皿肠亲公淳嘛茅饥般县攒偿裂吴熟峦臼鬃缨爱诱卢抿昔肘涎照损肖骚杏陆摇盲淬爹宿寺符普误望谤烹同叙龙铰串何夸细起鸦依署搂践邢祸骡积蛹面搅氦拴钉澄堪锤郧曼棵膳瀑衣扳岭竞京忠驰赌院丫船系误镍袁躇限房餐冉淡校黄斤小旅欧腻齐哉荷径注蜕令忌视伏艰漳裴傣叔吭端位皮便巫被述傀衰恕惨漓以柏妓坪炔箕并臆耐告娃誊猾
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