乌沙山600MW机组DCS系统应用维护探究.pdf

《乌沙山600MW机组DCS系统应用维护探究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乌沙山600MW机组DCS系统应用维护探究.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、5 乌沙山乌沙山 600MW 机组机组 DCS 系统应用维护探究系统应用维护探究 罗兴宇 ，冯博 （浙江大唐国际乌沙山发电有限公司，浙江象山 315722） 摘要摘要：随着机组向高参数，高度自动化方向发展。DCS 控制系统已经成为热工集中控制的基础，也成为热工最重要的 独立装置，其稳定安全运行是保障机组正常运行的前提。现将乌沙山发电有限公司 DCS 控制系统维护和故障分析介 绍如下，为同类型机组和 DCS 系统提供可能的解决方案和措施。 关键词：关键词：I/O 卡件故障，FIELD BUS 通讯，节点总线通讯。 1. 乌沙山乌沙山 DCS 网络拓扑网络拓扑 乌沙山发电有限公司一期工程 4600

2、MW 工程采用上海福克斯波罗公司提供的 I/A Series 系统， 实现了一体化设计，共包括 MCS、SCS、DAS、FSSS、DEH、ETS、MEH 七个系统。每台机组配置 22 对 CP60 控制处理机，4 台操作员站，2 台工程师站；二台机组作为一个单元配置 2 对 CP60 控制处理机， 1 台工程师站组成单元公用系统控制系统，并分别与相邻机组 DCS 系统连网。DCS 系统操作员站与工 程师站均采用 SUN 公司 UNIX 系统，能有效防止 Windows 病毒的攻击，每台机组实际配置点数为机组 I/O+远程 I/O 共 10196 点。 图 1 ：DCS 系统网络拓扑 2. 乌沙

3、山乌沙山 DCS 故障分析故障分析 2.1 FBM I/O 卡件故障卡件故障 机组投厂初期各台机组部分 FBM 卡件频繁报警 A 路或 B 路通讯故障，更换备件后不在报警；由 于 FBM 为 A/B 路冗余通讯配置，故没有对正常运行造成影响。厂家对该故障解释为上述报故障的卡 件是由于出厂上电烧卡时间过短造成的，只存在个别卡件中，不影响使用。2007 年中对故障卡件更 换完毕后该类故障基本不在发生。FBM201 （8AI）与 FBM204 （4AI/4AO）模拟量卡每年会发生二起 左右通道故障，故障通道信号线 4-20MA 电流正常，但是 DCS 显示该通道信号为坏点,需将信号线更 PDF 文件

4、使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 换到备用通道恢复信号正常。我厂所采用的 FBM 智能卡件均采取单点 A/D 隔离技术，卡件单个信号 通道的故障不会影响到其它相邻通道,上述卡件通道故障发生的原因为卡件本身的质量问题。 2.2 FIELD BUS 通讯回路故障故障通讯回路故障故障 设备报警 FIELD BUS 通讯回路 A 路或者 B 路故障，在 SYSTEM 中进行手动强制网络切换不能成 功，就地观察 FCM 卡件四个通讯指示灯熄灭不再闪烁，更换 FCM 备件后系统恢复正常.故障原因为 FCM 质量问题。CP12 和公用 CP01 下都设置了远程 I/O 点，远程 I

5、/O 与 CP 通讯采用光纤方式，就是 在 FIELD BUS 回路上设置了光电转换器，远程 I/O 机柜内部还是采用 FCM 同轴电缆通讯方式。通过 一段时间的应用,上述 CP 控制处理机经常报警 FIELD BUS 通讯回路 A 路或者 B 路故障，但是很快能 自恢复，故障频繁报警一段时间后会导致 FCM 通讯卡故障，更换备件后正常一段时间，过一段时间 后依然发生此前的故障现象。最后经过更换 FIELD BUS 回路上的光电交换机才消除了该故障，FCM 也不再损坏。因此我们认为原配的 FOXBORO 光电交换器可靠性差，平均使用一年后就会发生故障， 导致 FIELD BUS 回路通讯故障，

6、我们将之改造为更加可靠的赫斯曼光电转换器近二年来没有发生一 起类似的故障。 2.3 NODE BUS 节点总线通讯故障：节点总线通讯故障： DCS 改造前，我公司 2，3 号机组发生过 DCS 网络人机界面瘫痪事故。故障前机组运行一切正常， 发生后操作员站画面切换与操作速度首先变慢， 接着参数点大面积出现蓝点 （参数点通讯故障现象） ； 但是此时 CP 控制器与 FBM 卡件运行正常。故障状态下对 DCS 系统进行 NODEBUS 测试不能成功， 需将工程师站重启动后方能恢复正常。 该类故障发生的原因是我厂 DCS 系统 NODEBUS 与 CP 的负 荷率均偏高，导致在运行一段时间后容易发生

7、由于数据通讯错误，致使节点总线通讯负荷进一步加 大，直至阻塞，从而导致操作员站与工程师站等人机界面发生瘫痪的异常事件。 Host 1 Packets Bytes Host 2 Packets Bytes CP4002 32840 15866752 AW4001 32574 2183804 CP4003 28628 13952966 AW4001 28360 1909656 CP4001 26740 10421054 AW4001 26506 1788188 CP4007 13827 7709721 AW4001 13613 918907 CP4005 13634 7540856 AW4001

8、13465 908051 CP4008 13187 6936382 AW4001 12917 867941 CP4009 13163 5653099 AW4001 12902 864994 CP4006 12066 7367505 AW4001 11894 803544 CP4010 8426 3967445 AW4001 8245 553841 CP4011 8423 3228709 AW4001 8259 553633 图 2 ：DCS 系统工作站数据 2.4 CP 控制处理机故障：控制处理机故障： MCS 系统的 CP 处理机由于负荷偏高， 出现单 CP 离线故障后某些情况下不能自动复位

9、， 人工单 CP 硬复位也不能成功，需要检修时进行双 CP 复位，才能恢复故障。FIELD BUS 回路的 FCM 故障 频繁发生会导致对应的 CP 控制处理机单 CP 离线，需在处理完毕 FIELD BUS 回路通讯故障后，单 CP 硬复位下线 CP 恢复正常。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 3. 乌沙山乌沙山 DCS 系统改造及优化措施：系统改造及优化措施： 针对上面的情况，我们重点优化节点总线网络接入方式：按照 I/A Series 系统的硬件说明一个 NODE BUS 节点总线基于总线上的阻抗负荷，一个节点中的每段最多允许的物理组件数为 32

10、个，所 有容错或冗余对计算为 2 个组件，节点总线扩展组件对也计算为 2 个组件。我公司单台机组节点总 线分为 2 段，1、4 号机组每段带 11 对冗余 CP，也就是说加上 NCNI 扩展卡每段物理组件数为 24； 而 2、3 号机组一段带 15 对冗余 CP，另一段带 7 对冗余 CP；最大的一段加上 NCNI 扩展卡物理组件 数达到了 32 的上限，且该段中包括了负荷最重的 MCS 和 DAS 的 CP。所以，CP 卡件接入节点总线方 式的不合理一定程度上加重了节点总线的负担。我们按照 1、4 号机组的节点分布对 2、3 号机组进 行了优化。 CPLOAD PIOEGB IDLETM C

11、UMOVR OMOVRN TOTMEM MAXMEM CP2001 46 0 32.611 446 3 3413616 64368 CP2002 72 0 10.0533 2339 178 3090784 65520 CP2003 60 20 23.7655 932 6 3205152 63088 CP2004 20 0 76.5518 0 0 4011424 65520 CP2005 62 0 42.5168 171 0 3178144 64704 CP2006 43 0 46.7147 60 1 3265392 65520 CP2007 56 4 42.0647 121 1 3157712

12、 64176 CP2008 48 0 44.9279 160 0 3325856 65520 CP2012 23 5 66.8429 16 1 3763152 65520 CP2013 26 5 62.3867 571 0 3664816 64928 CP2014 58 8 25.9622 7 76 2762992 64672 图 3 DCS 系统改造前 CP 负荷 优化 SIS 系统数据读取程序：原 SIS 数据库软件采用 SIS 厂家自己开发的软件，采样死区，采 用周期均较小，没有采用例外报告的形式对数据进行读取，占用了大量的节点总线负荷；曾经在 2 号机组停机时进行试验，SIS 系统开启

13、时节点总线负荷达到了 17%，SIS 关闭后节点总线负荷为 8%； SIS 占用节点负荷达 6%。而 I/A Series 系统一般要求系统节点总线负荷在高峰通讯期间不超过 15%。 针对这个问题我们将 SIS 数据采集程序改为 FOXBORO 公司自己开发的程序，它充分利用了 I/A Series 系统的特点，提高了软件兼容性，占用节点总线负荷大大降低。 CUR REN T # CON NEC TIO NS 802.3 MAC RES ETS DMA OVE RRU N EXC ESS COLL ISIO NS CRC ERR ORS ALIG N ERR ORS NO REC EIVE R

14、ES OUR CES DMA OVE RRU N FRAME S TRANS MITTE D in about 5 hours FRAME S RECEI VED in about 5 hours COLL ISIO NS TRA NSMI TS DEF ERR ED Trams Rate / Hour, (18000 0) Receiv e Rate / Hour, (18000 0) CP2001 35 88 0 81 0 1 0 0 161606 5 162352 6 2861 2 5929 5 323213 324705 CP2002 21 77 0 0 0 0 0 0 156912

15、6 156775 0 0 0 313825 313550 CP2003 29 78 0 0 0 0 0 0 142080 8 143072 4 0 0 284162 286145 CP2004 21 2 0 0 0 0 0 0 339741 348411 0 0 67948 69682 CP2005 17 1 0 0 0 0 0 0 547854 557556 0 0 109571 111511 CP2006 18 16 0 0 0 0 0 0 559267 569334 0 0 111853 113867 CP2014 32 67 0 0 0 0 0 0 156369 6 157424 4

16、0 0 312739 314849 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 CP2015 32 65 0 0 0 0 0 0 141754 9 140606 8 0 0 283510 281214 图 4 DCS 系统工作站间数据交换 优化配置 CP 控制处理机组态点分布：按照 I/A Series 系统的要求单个 CP 内与其它 CP 的通讯 点数一般不能超过 300 点，而我公司某些 DAS 系统 CP 通讯点最高达到了近 1500 余点，远超过设计 值，不但加重了 CP 的负担，由于通讯流量和错误率的上升也造成了节点总线负荷的增加。我们对 不使用的组态点进

17、行删除，对需要使用的组态点尽量更换到其它相关的 CP 去，将单个 CP 的通讯点 控制到 300 以内。同时 NODEBUS 上约每秒 1000 多个数据包，高的已经达到 1700 个每秒，优化后 在 FOXBORO 建议不超过 700 个每秒范围内。 图 5 ：DCS 系统节点总线数据包 4. 乌沙山乌沙山 DCS 系统典型事故现象及处理：系统典型事故现象及处理： 1）2007 年 11 月 28 日 2 号机组 MCS 系统的 CP2001 单 CP 下线导致节点总线上通讯负荷过大， 协调以及给水画面蓝点无法操作和监视。无法进入 SYSTEM ，AW2001 和 WP2001- WP200

18、4 进行重 新启动后，仍不能解决，紧急与网调申请，保持 580MW 负荷稳定不变，并立即通知 FOXBORO 公司 派专门服务工程师到现场，对下线的 CP 单 CP 硬复位后恢复正常。系统的通讯负荷高是一个比较复 杂的系统问题，涉及到的方面很多，比如说历史库，组态以及 SIS 接口问题，尤其是 SIS 的接口问 题，因此要处理这样的问题，需要一个整体的方案需要解决以下问题：过高的 NODEBUS 通讯负荷， NODEBUS 上约每秒 1000 多个数据包，高的已经达到 1700 个每秒，而 FOXBORO 建议不超过 700 个每秒；多数 CP 目前控制负荷和通讯负荷太高，空闲时间太少，CP

19、需要足够的空闲时间来处理 CHECKPOINT 或者其它逻辑更改时的内部程序以及逻辑的更改工作，如果 CP 负荷过高的话，这些过 程可能会出现问题；大部分 CP 的通讯负荷都超过了限制值，实际每秒收发数据在 30 万左右， FOXBORO 限制通讯负荷为 18 万每秒。 2）2007 年 06 月 29 日 4 号机组 SYSTEM 红闪，双 CP 复位,CP4007 下所管辖设备 D,F 磨所涉 及送出到画面的数据，都因为 CP 的通讯中断而发生颜色异常（通常情况是变兰色）,D,F 磨保护退 出。进入 SYSTEM 后确认报警,SYSTEM 仍为红色；查找系统报警 CD/OPT/FOX/SY

20、SMGM ；查 找 SYSMON,在 25 号 5:45 左右有 CP4007 的 A,B,报 FAULT 和 MEMORY 故障,并先后上线,INIT SUCCESS 初始化成功,证明双 CP 下线复位。CP 在重启过程中，会有一个初始化过程，这个过程是 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 工程师站向 CP 重新装载数据库的过程，很多参数（指在画面上人工设定的参数），如调节系统的 设定值、模块的跟踪值等会从硬盘中获取最后一次所保存的值，由于在不同的工况下，这些值会随 时改变，与硬盘中的值不同，因此在初始化过程中这些参数有可能会发生了变化；另外由于和数据 通

21、讯总线的中断，其送出的数据会因此而发出状态坏的信息，但能保持最后一次好值。 3）2009 年 09 月 29 日 3 号机组停机检修 DCS 系统通讯网络冗余切换试验中，负荷 143MW，通 过断开 A 路光纤交换机电源的方式切断了 DCS 系统 NODEBUS A 路网络，工程师站涉及 CP3019， CP3018 的参数出现通讯蓝点，画面切换异常缓慢，操作员站情况类似。恢复 A 路光纤交换机电源， 在 AW3001 工程师站 SYS MGM 中进行 NODEBUS TEST 不能恢复网络，故障现象依然保持，直到 重新启动 AW3001 后， 系统恢复正常， 整个过程中 CP 工作正常， 但

22、是与 AW， WP 站通讯出现瘫痪。 检查过程中发现负责 CP3018 等 CP 的节点总线接入卡 NCNI 的 A/B 路拨码与实际接线不一致， 重新 拨码后，再次对 A/B 光纤交换机进行断电，次前的故障不再出现，但是画面切换有比较之前有比较 明显的变慢，其它功能一切正常。所以，基本判断此前冗余试验的失败是由于该对 NCNI 拨码错误所 导致。 参考文献：参考文献： 1 边立秀等.热工控制系统M.北京：中国电力出版社，2002 年 1 月. 2 高伟等.计算机控制系统M.北京：中国电力出版社，2000 年. 3 Zhu Yongpei. IPS Singapore Service Report.北京：2007 年. 作者简介： 罗兴宇 （1981 年 2 月） ，男，四川广元，大学本科，DCS 系统维护工程师； 浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，315722， PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建