DCS系統(tǒng)故障分析處理及維護(hù)防范措施

1、DCS系統(tǒng)故障分析處理及維護(hù)防范措施DCS System Fault Analysis And Maintenance Of Preventive Measures大唐林州熱電有限責(zé)任公司 程永紅 秦東亮 李 勇Datang Linzhou Co-generaeion Power .,Ltd ChengYongHong QinDongLiang LiYong【摘要】 DCS系統(tǒng)由于具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外電力、石油、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域特別是大型發(fā)電機(jī)組有著較為廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合火電廠DCS系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障實(shí)例，對(duì)DCS系統(tǒng)故障進(jìn)行了分類和分

2、析，并就如何維護(hù)DCS以及減少DCS故障提出了具體辦法和措施。AbstractDCS 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 re

3、latively 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.【關(guān)鍵詞】DCS 故障分析 維護(hù) Key Words DCS Failure Analysis Mainten

4、ance1、DCS系統(tǒng)概述 分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）英文縮寫為DCS，在國(guó)內(nèi)外電力、石油、化工、冶金、輕工等生產(chǎn)領(lǐng)域特別是大型發(fā)電機(jī)組有著較為廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的的品牌主要有：（1）國(guó)外：美國(guó)AB、西屋、德國(guó)西門子、日本橫河、日立等；（2）國(guó)內(nèi)：和利時(shí)、新華、國(guó)電智深等。隨著火電廠機(jī)組容量和運(yùn)行參數(shù)的不斷提高，DCS在生產(chǎn)中益發(fā)重要，其安全、可靠運(yùn)行與機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)，所以非常有必要分析DCS系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的各類問題，采取措施提高DCS系統(tǒng)的安全可靠性。2、DCS在生產(chǎn)過程中的故障情況各品牌DCS均有自身特點(diǎn)，其故障現(xiàn)象和處理也不

5、盡相同，但歸納起來可分為三大類：1、系統(tǒng)本身問題故障，包括設(shè)計(jì)安裝缺陷、軟硬件故障等；2、人為因素造成的故障；（3）系統(tǒng)外部環(huán)境問題造成DCS故障。2.1 DCS系統(tǒng)本身問題故障實(shí)例此類故障在生產(chǎn)過程中較為常見，主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝缺陷，控制器（DPU或CPU）死機(jī)、脫網(wǎng)等故障，操作員站黑屏，網(wǎng)絡(luò)通訊堵塞，軟件存在缺陷，系統(tǒng)配置較低，系統(tǒng)接口問題等。2.1.1 電源及接地問題：某電廠DCS電源系統(tǒng)采用的是ABB公司Symphony III型電源，基建時(shí)按照II型電源的接地方式進(jìn)行安裝。機(jī)組投產(chǎn)后發(fā)生多次DCS模件故障、信號(hào)跳變、硬件燒壞的情況；河南某電廠基建期間DCS接地網(wǎng)制作安裝存在問題，系

6、統(tǒng)運(yùn)行后出現(xiàn)所有溫度測(cè)點(diǎn)周期波動(dòng)現(xiàn)象；某電廠因電源連線松動(dòng)而導(dǎo)致汽機(jī)側(cè)控制系統(tǒng)失效。經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：DCS沒有良好的接地系統(tǒng)和合理的電纜屏蔽，不僅系統(tǒng)干擾大，控制系統(tǒng)易誤發(fā)信號(hào)，還易使模件損壞。因此，DCS電源設(shè)計(jì)配置要合理并有一定余量；DCS接地嚴(yán)格遵守制造廠技術(shù)要求（如制造廠無特殊說明，按照DL/T774規(guī)定執(zhí)行）。2.1.2 系統(tǒng)配置問題：（1）浙江某電廠2*330MW機(jī)組試生產(chǎn)3個(gè)月內(nèi)DCS（T-ME/XP系統(tǒng)）頻繁故障和死機(jī)造成機(jī)組多次停運(yùn)事故。經(jīng)分析存在開關(guān)量冗余配置、硬件配置不匹配、下層T-ME通訊總線符合率過高等問題。（2）某電廠200MW機(jī)組DCS改造，系統(tǒng)配置負(fù)荷率計(jì)算不準(zhǔn)且為了

7、減少投資，技術(shù)指標(biāo)接近允許極限，調(diào)試時(shí)個(gè)別控制器的負(fù)荷率超過90%，個(gè)別軟手操響應(yīng)接近1min。后經(jīng)重新增加配置，問題才得以解決。（3）某電廠300MW機(jī)組新華XDPS-400系統(tǒng)歷史站頻繁死機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該站運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)記錄、虛擬DPU、性能計(jì)算、報(bào)表等多個(gè)程序。后把程序合理分配至其他站問題解決。2.1.3 控制器（DPU或CPU）故障某電廠300MW機(jī)組HIACS-5000CM操作系統(tǒng)F3S1的主CPU故障，從CPU未能切主控，設(shè)備無法操作。對(duì)故障CPU執(zhí)行在線更換步序至停電時(shí)，從CUP切換主控CPU成功，更換故障CPU后系統(tǒng)正常。2.1.4網(wǎng)絡(luò)通訊故障（1）ABB早期某批次SYMPHON

8、Y出現(xiàn)同一PCU機(jī)柜內(nèi)不同控制器之間通訊數(shù)據(jù)不一致的情況，升級(jí)固件后問題得到解決。（2）某電廠600MW機(jī)組汽輪機(jī)所有調(diào)門突然大幅擺動(dòng)，經(jīng)檢查為M5控制器轉(zhuǎn)速信號(hào)由3000r/min 變成了0r/min，且M3、M5控制器間通訊出現(xiàn)掉數(shù)據(jù)現(xiàn)象，引起調(diào)門大幅擺動(dòng)。采取措施：對(duì)PCU 控制總線通訊信號(hào)進(jìn)行多重化處理，并對(duì)通訊信號(hào)增加延時(shí)；重要通訊信號(hào)采用通訊冗余。2.1.5 DCS軟件問題（1）某電廠300MW供熱機(jī)組DCS調(diào)試過程中未對(duì)測(cè)點(diǎn)品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，致使其測(cè)點(diǎn)只有在斷線的情況下才認(rèn)為是壞品質(zhì)，未起到品質(zhì)校驗(yàn)功能。（2）某電廠除氧器水位控制回路邏輯由高加水位控制邏輯拷貝修改而成，修改過程不

9、徹底，PID參數(shù)未根據(jù)除氧器情況整定，造成運(yùn)行中除氧器上水門發(fā)散調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。采取措施：檢查邏輯，重新整定PID參數(shù)。2.1.6 系統(tǒng)接口問題某電廠200MW供熱機(jī)組電氣并網(wǎng)信號(hào)至DEH只有一路，機(jī)組正常運(yùn)行過程中該電氣并網(wǎng)輔助接點(diǎn)出現(xiàn)抖動(dòng)，造成汽輪機(jī)跳閘。采取措施：使用屏蔽通訊電纜，增加冗余接點(diǎn)信號(hào)，并進(jìn)行3取2邏輯判斷。2.2 人為因素造成DCS故障實(shí)例人為因素造成DCS的故障，生產(chǎn)過程中也較為常見。包括誤操作、管理制度不完善及未按規(guī)定執(zhí)行工作步驟等。2.2.1 未按規(guī)定執(zhí)行工作步驟某電廠新華XDPS系統(tǒng)DEH的#12DPU故障，對(duì)其在線更換，使用的是小機(jī)MEH系統(tǒng)DPU備品。更換D

10、PU后，只拷貝邏輯而未寫電子磁盤。遇機(jī)組檢修#12DPU成為主控，由于其邏輯為MEH邏輯而非DEH邏輯，造成人機(jī)接口站數(shù)據(jù)頻閃、畫面顯示不正常、無法操作。后拷貝DEH邏輯并寫盤后正常。2.2.2 人員誤操作某電廠機(jī)組運(yùn)行中，在進(jìn)行處理缺陷時(shí)工作人員誤動(dòng)DCS繼電器柜繼電器造成引風(fēng)機(jī)跳閘，鍋爐MFT；某電廠DCS卡件故障，在進(jìn)行更換卡件過程中，由于工作人員未認(rèn)真核對(duì)設(shè)備、卡件跳線錯(cuò)誤，導(dǎo)致新更換的卡件燒損。2.2.3 管理制度不完善某電廠操作員站管理不嚴(yán)，主機(jī)USB端口及光驅(qū)未進(jìn)行有效封閉，個(gè)別運(yùn)行人員夜班期間利用操作員站玩游戲、看電影，導(dǎo)致操作員站死機(jī)；某電廠DCS系統(tǒng)管理制度不完善，未對(duì)軟件

11、升級(jí)、備份等工作進(jìn)行規(guī)定。其輔網(wǎng)水處理POK1操作員站軟件升級(jí)未進(jìn)行備份，后該站硬盤出現(xiàn)故障，進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)導(dǎo)致與網(wǎng)絡(luò)通訊不正常。2.3 外部環(huán)境因素造成DCS故障實(shí)例外部環(huán)境因素造成DCS故障的數(shù)量相對(duì)較少，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中也時(shí)有發(fā)生。如環(huán)境溫、濕度、粉塵過高以及小動(dòng)物等因素造成異常。（1）某電廠電子間風(fēng)道口處于DPU機(jī)柜上方，機(jī)組運(yùn)行中消防水流入風(fēng)道，導(dǎo)致DPU、服務(wù)器等設(shè)備進(jìn)水燒損，機(jī)組停運(yùn)。（2）某電廠循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程IO柜，由于封堵不嚴(yán)造成老鼠竄入，在機(jī)柜內(nèi)構(gòu)筑巢穴，造成遠(yuǎn)程IO脫網(wǎng)。（3）某電廠電子間封閉性較差，卡件、DPU積灰較嚴(yán)重，多次出現(xiàn)故障。在采取完善電子間封閉、加裝空調(diào)等措

12、施后，故障基本杜絕。3、DCS系統(tǒng)故障防范及維護(hù)措施諸多故障實(shí)例表明，降低DCS系統(tǒng)的故障幾率，必須做好DCS從選型設(shè)計(jì)到運(yùn)行啟停維護(hù)全方位工作。3.1DCS的選型設(shè)計(jì)調(diào)試3.1.1 系統(tǒng)和控制器的配置要重點(diǎn)考慮可靠性和負(fù)荷率（包括冗余度）指標(biāo)。通訊負(fù)荷率必須控制在合理范圍內(nèi)，控制器的負(fù)荷率盡可能均衡，避免“高負(fù)荷”問題的發(fā)生。3.1.2系統(tǒng)控制邏輯的分配，不宜過分集中在某個(gè)控制器上，主要控制器應(yīng)采用冗余配置。3.1.3電源設(shè)計(jì)必須合理可靠。注意電源設(shè)計(jì)的負(fù)荷率和電源的冗余配置方式，保證兩路獨(dú)立電源。3.1.4注重DCS系統(tǒng)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系統(tǒng)接

13、地按廠家要求執(zhí)行，避免接地問題造成系統(tǒng)大面積故障。應(yīng)注重考慮系統(tǒng)的抗干擾措施，I/O通道應(yīng)強(qiáng)調(diào)隔離措施。重視電纜質(zhì)量與屏蔽，重要信號(hào)及控制使用計(jì)算機(jī)專用通訊屏蔽電纜。3.1.6根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和各種工況下機(jī)組處理緊急故障的要求，配置操作員站和后備手操裝置。緊急停機(jī)停爐按鈕配置，應(yīng)采用與DCS分開的單獨(dú)操作回路。3.1.7對(duì)于保護(hù)系統(tǒng)，采用多重化信號(hào)攝取法。合理使用閉鎖條件，使信號(hào)回路具有邏輯判斷能力。3.1.8調(diào)試期間按照調(diào)試大綱、辦法，對(duì)所有邏輯、回路、工況進(jìn)行測(cè)試，確保各參數(shù)設(shè)置正確合理。3.2 DCS運(yùn)行、啟停維護(hù)3.2.1做好維護(hù)準(zhǔn)備工作DCS系統(tǒng)的維護(hù)需做好以下準(zhǔn)備工作：（1）維護(hù)人

14、員應(yīng)熟悉DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)成，了解系統(tǒng)設(shè)備硬件知識(shí)，熟練掌握DCS組態(tài)軟件。（2）系統(tǒng)備份：包括操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)軟件、邏輯組態(tài)，確保數(shù)據(jù)完整和最新。優(yōu)先采用光盤，使用移動(dòng)硬盤、U盤等保證專盤專用。（3）硬件儲(chǔ)備: 對(duì)易損、使用周期短的部件和關(guān)鍵部件作適量的備份，保證各類型卡件、模塊備品不少于1個(gè)，并按照制造廠要求存放，如有條件應(yīng)對(duì)備品進(jìn)行校驗(yàn)。（4）整理產(chǎn)品售后服務(wù)范圍、時(shí)間表，形成DCS廠家、設(shè)計(jì)調(diào)試單位技術(shù)支持通信錄。3.2.2 日常維護(hù)系統(tǒng)的日常維護(hù)是DCS穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要包括以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)25項(xiàng)反措要求、DL/T774檢修維護(hù)規(guī)程等文件規(guī)定，完善DCS系統(tǒng)管理制度。（2

15、）電子間封閉良好，保證溫濕度、空氣潔凈度符合制造廠規(guī)定?？蓪㈦娮娱g的環(huán)境溫度信號(hào)引入DCS監(jiān)測(cè)。（3）每天檢查系統(tǒng)各機(jī)柜風(fēng)扇是否工作正常，風(fēng)道有無阻塞。（4）保證系統(tǒng)供電電源質(zhì)量且為兩路電源可靠供電，當(dāng)任一電源失去即報(bào)警。（5）電子間禁止使用無線通訊工具，避免電磁場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)的干擾，避免拉動(dòng)或碰傷設(shè)備連接電纜和通訊電纜等。（6）規(guī)范DCS系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件管理，軟件的修改、更新、升級(jí)必須履行審批授權(quán)及負(fù)責(zé)人制度。做好主機(jī)USB端口、光驅(qū)等的封閉管理工作。（7）做好各控制回路的PID參數(shù)、調(diào)節(jié)器正反作用等系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄工作。（8）檢查控制主機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤等硬件是否完好，畫面是否正常。查看故障診

16、斷畫面，是否有故障提示。（9）DCS設(shè)備包括DPU、人機(jī)接口站等上電應(yīng)按照一定次序逐一進(jìn)行，每臺(tái)設(shè)備上電觀察正常后再進(jìn)行下一設(shè)備操作。（10）定期對(duì)DCS主系統(tǒng)及與主系統(tǒng)連接的所有相關(guān)系統(tǒng)的通信負(fù)荷率進(jìn)行在線測(cè)試。檢查冗余主從設(shè)備狀態(tài)，條件許可時(shí)或定期進(jìn)行主從設(shè)備切換。(11)對(duì)重要組態(tài)頁(yè)進(jìn)行中文描述；編制試驗(yàn)操作卡并保證隨時(shí)更新。規(guī)范DCS組態(tài)作業(yè)，運(yùn)行中盡量不做重大組態(tài)修改。（12）定期逐臺(tái)重新啟動(dòng)所有人機(jī)接口站一次（建議2、3個(gè)月左右），以消除計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的累計(jì)誤差。3.2.3 停運(yùn)維護(hù)機(jī)組檢修期間應(yīng)對(duì)DCS 系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行徹底的維護(hù)，主要包括:（1）利用機(jī)組檢修時(shí)間逐個(gè)復(fù)位DCS系統(tǒng)的D

17、PU、CPU和操作員站及數(shù)據(jù)站；刪除組態(tài)中的無效I/O點(diǎn)，對(duì)組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。（2）系統(tǒng)冗余測(cè)試: 對(duì)冗余電源、服務(wù)器、控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余測(cè)試。注意系統(tǒng)各設(shè)備停電時(shí)，主從設(shè)備切換、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)接口站是否正常；系統(tǒng)檢修重新上電后對(duì)各設(shè)備進(jìn)行切換測(cè)試。（3）系統(tǒng)灰塵清除：系統(tǒng)停運(yùn)對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行清掃吹灰，包括主機(jī)、控制站機(jī)籠、機(jī)柜濾網(wǎng)、風(fēng)扇等部件的灰塵清理。（4）接地系統(tǒng)檢修。包括端子檢查、對(duì)地電阻測(cè)試；系統(tǒng)供電線路檢修，并對(duì)UPS進(jìn)行供電能力測(cè)試；注意檢查DPU主機(jī)CMOS電池電量，防止CMOS數(shù)據(jù)丟失。（5）檢查DCS系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的接口，重要信號(hào)冗余處理，與其他系統(tǒng)的通信其具體情況采取單向傳輸和加裝防火墻措施。（6）系統(tǒng)上電：系統(tǒng)大修后維護(hù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)條件具備，嚴(yán)格遵照上電步驟進(jìn)行。3.2.4 故障檢修維護(hù)DCS故障檢修主要做好以下工作:（1）充分做好包括DPU（CPU）死機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊崩潰在內(nèi)的各種事故預(yù)想，制定應(yīng)急預(yù)案，出現(xiàn)異常按照預(yù)案展開工作。（2）處理DCS故障按制造廠要求進(jìn)行，更換前確認(rèn)卡件模塊型號(hào)、地址、跳線等與被更換卡件一致，嚴(yán)格執(zhí)行在線更