国电北仑电厂DCS调试存在问题及对策.pdf

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1、 国电北仑电厂 DCS 调试存在问题及对策 张建创 贺贤峰 赵万荣 赵松烈 国电浙江北仑第一发电有限公司 浙江省宁波市 315800 摘 要：本文介绍了北仑电厂一期工程 DCS 改造期间进行的 DCS 与辅机程控 PLC 系统的通讯连接问题；三期工程 DCS 系统组态、调试期间出现的逻辑组态故障问题，并详细分析了故障原因，提供了解决办法。 关键词：OVATION 通讯 逻辑图组态 AUDIT PLC MODBUS 1 前言 国电浙江北仑第一发电有限公司一期工程两台 600MW 机组的 DCS 系统选用西屋公司的 OVATION 分散控制系统作为机组的主要控制系统，但其顺控部分（SCS）未进入到

2、 DCS 系统，由 施耐德公司的 QUANTUM 为主机的 PLC 系统来实现，该 PLC 系统未设置单独的人机接口界面，与 DCS 之间通过通讯接口连接，通讯接口为 RS422，通讯协议为 MODBUS。顺控系统的所有信号监 视与操作通过 DCS 人机界面实现。因此该通讯接口的通讯量很大，实时性与可靠性要求很高，在调 试阶段解决了一系列技术难题，最终确保该通讯接口能长期稳定、可靠的运行。 国电北仑电厂三期工程两台 1000MW 超超临界机组的 DCS 系统也选用了西屋公司的 OVATION 分散控制系统，北仑三期工程第一台机组（6 号机组）于 2006 年 12 月 15 日开工，2008

3、年 12 月 20 日通过 168 小时满负荷试运行，第二台机组（7 号机组）也于 2009 年 6 月投产。脱硫 的控制系统也采用了 OVATION 分散控制系统。在基建调试期间曾多次出现由于控制逻辑组态问题 而导致系统运行异常的情况，最终在多方调试人员的共同努力下，对于存在的问题逐一进行分析解 决。 2 DCS 与 PLC 系统通讯连接 在我厂#1 机组 DCS 改造过程中，DCS 与顺控系统 PLC 的通讯连接问题是一个重点、也是一 个难点，由于顺控系统包括了主机上几乎所有的重要辅机及相应的挡板、阀门，这些设备的监视与 操作都通过该通讯接口实现，因此该接口通讯量大，全部输入/输出点数超过

4、了 4000 点；实时性要 求高，通讯不能有太长的延时；可靠性要求高，在机组运行期间不允许出现中断，需要较高的冗余 设置。最终通过合理的硬件回路设计与软件组态，满足了上述要求。 2.1 通讯硬件回路设计（通讯的冗余） DCS 与 PLC 的通讯采用在工业控制领域常用的 MODBUS 通讯协议，通过 RS422 接口连接。 在改造之前，一对冗余的 PLC 控制器，每个控制器上有一个通讯接口与 DCS 相连接，在 PLC 内部 组态了通讯状态检测逻辑，检测到通讯故障之后对于控制器进行切换，通过这种方式实现通讯的冗 余，显然这种通讯方式不够完善，但由于结构简单，在很多场合都有类似的应用。改造之后，充

5、分 利用 RS422 接口 MODBUS 协议组成一个通讯网络， 以及 QUANTUM 系列 PLC 主从切换时通讯地 址会自动切换的特性，构造了一个比较完善的通讯接口，如下图： PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 LC A PLC A LC B PLC B RS232-422RS232-422RS232-422RS232-422 121 2 两台 PLC 主机共四个接口，每个接口的 MODBUS ADDRESS 都设置相同,如都设置为 1，由于 PLC 系统中处于热备状态的两个主机的通讯地址会自动切换， 因此两个 PLC 主机的地址要设置得完 全一致，当热备建

6、立之后，处于备用状态的 PLC 接口的地址会自动加 128，自动变为 129。在 DCS 的通讯卡件（LC 卡）中设置成与 MODBUS 地址为 1 的设备通讯，当 PLC 主机切换时，由于接口 地址会自动切换，因此 LC 卡始终保持与 PLC 主机在进行通讯。两个 LC 卡之间，在系统启动时默 认激活 A 卡，B 卡处于备用状态，处于备用状态的 LC 卡也从 PLC 主机读取数据，但不发送数据。 当 LC 卡 A 通讯故障时，马上激活 B 卡，实现通讯的无扰切换。 2.2 通讯量的压缩 两个系统相互通讯总量超过 4000 点， 但基本均为开关量通讯， 如果这些通讯直接使用 MODBUS 协议

7、下的点对点通讯方式进行通讯， 通讯量已经超过了单块 DCS 通讯接口卡的通讯能力， 如使用多 块通讯卡件与 PLC 进行通讯将会使整个冗余通讯的结构复杂，并且最重要的是还会影响通讯速度， 甚至影响 PLC 主机的扫描周期，针对通讯内容主要是数字量这一特点，我们在 PLC 系统中将 16 个 数字量信号组合成一个 16 位的整型数，在通讯中使用整型数形式进行通讯，在 DCS 侧在将一个整 型数分拆为 16 个数字量信号，压缩了实际通讯量。由于在该型号 PLC 中只需一个功能块就能将连 续的一段数字量转换成一段连续的整型数， 同时目前的 DCS 控制器的运算能力也足够强大， 因此打 包/解包运算对

8、于整个通讯过程的延时影响很小。使用了比较简单的方式解决了这一难题。 2.3 通讯故障处理 在实际运行过程中曾出现一次较为严重的故障，在设备连续运行将近 4 个月时，在机组运行期 间，发生处于冗余状态的两块通讯卡几乎先后同时通讯中断故障，重要辅机无法正常操作，机组随 时可能紧急停运。现场紧急处理过程比较简单，重启通讯卡之后恢复通讯正常。但分析原因很困难， 经过对于硬件回路检查以及卡件重启之后能正常运行这一现象分析认为，硬件回路正常，不存在问 题。通过对于历史数据检查，发现两块卡件不是同时中断通讯而是存在几分钟的间隔，这一间隔时 间可以认为是调试结束之后两块卡件分别上电投运的间隔时间，这样应该是两

9、块通讯卡件连续运行 相同时间之后出现了通讯中断，因此为了避免通讯同时中断对于机组运行带来隐患，在相隔几天之 后对于热备的通讯卡强制进行重启，继续观察。在连续运行相同时间之后，再次出现类似状况，但 这次由于两块通讯卡的死机时间存在几天的时间间隔，因此未对机组运行产生影响。为此在故障尚 未得到完全处理的情况下，只能通过在机组稳定运行期间，对于通讯卡分别定时重启（大概 3 个月 周期）防止该通讯卡自行中断，同时将该情况通报 DCS 厂家，最终获得确认为通讯卡件的软件设计 不够完善，升级通讯卡内软件之后系统运行正常。 3 DCS 软件组态调试故障分析 在我厂三期工程逻辑组态调试期间，曾出现几次由于逻辑

10、组态不够规范引起系统异常的故障， PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 出现问题之后通过对于故障现象进行分析，经过反复调试，对于不够规范的逻辑组态重新进行组态， 最终解决了问题。 3.1 逻辑功能块运算异常故障 在调试期间，曾发现有某台泵无法正常启动，检查逻辑之后发现有个别“与”运算功能块不稳 定，在输入满足的情况下输出在 0 或者 1 之间跳动。对于产生故障的逻辑图及所属的控制器采用多 种方法进行处理，包括使用逻辑图查错工具进行检查、对于故障控制器进行初始化重新编译下装组 态，均无效，最终删除故障的逻辑图，并使用新的图号重新组态，才恢复正常。最终确认此问题是 由

11、于 Oracle 数据库中的列表产生连接错误引起， 出现这类问题主要是由于对逻辑图组态操作不规范 引起的，如在不同控制器之间通过 highway 相互引用的时候，从一个控制器传输信号到另一个控制 器时，需要在第二个控制器多次引用该信号时，如全部直接使用网络引用块，容易出错，推荐用法 为在第二个控制器使用一次网络引用块，其余需要引用部分使用同一控制器中的页连接符引用。 3.2 组态不规范导致控制器故障 在调试期间，运行操作员在画面上点击某隔离阀的按钮时，该阀门所属控制器（一对）均发生 故障，控制器通讯中断，画面参数显示蓝色（操作员站与控制器通讯故障） 。引起炉水循环泵跳闸， 实际锅炉给水再循环流

12、量减小，导致省煤器进口流量骤降，延时后触发锅炉 MFT。事后，对该控制 器全部逻辑图做了批处理检查（INTERNAL DRAWING CONSISTENCY） ，在生成的检查结果文件 cbauditlog.txt 中，发现该阀的控制逻辑图存在错误，对该阀门有关逻辑删除后重新进行组态，并对 逻辑图使用组态环境提供的逻辑图查错/修复工具 audit 进行进一步检查，修复并保存该逻辑图后， 重新下装到控制器。经试验，控制器工作正常。针对以上情况，执行 control builder 的批处理功能 来检查所有控制器的逻辑图，通过查看生成的检查结果文件，找出有错误的逻辑图，修复后再下装 到控制器。 3.

13、3 控制器重启出现异常 在机组调试过程，曾发生控制系统主备控制器同时失电后再上电，发现有些点强制状态与失电 前发生变化，经过分析之后认为主要原因是在定义点时，有部分点选择了“period save”选项，并 下装到控制器，之后又取消该选项。在主备控制器失电前，控制器内存中有关点的强制信息与控制 器闪存卡内有关信息不一致，在控制器重启之后从控制器的闪存卡内读取信息，这样会出现这种情 况。针对以上情况，进行了格式化控制器闪存卡，并重新下装控制器操作。并取消有关点的“period save”选项，将其去除。 针对前两项故障，以及厂家技术人员的建议，在组态中着重注意了以下几点： 修改逻辑之后必须执行

14、AUDIT 命令检查，如有提示，建议不要选择 ALL 选项，而应该单 个确认，确认逻辑图没有问题。对整个控制器下全部逻辑图进行检查，在存放该控制器逻辑图的路 径下检查是否有 cbauditlog.txt 文件生成，如有，则需检查该文件中是否包含 WARNING、ERR 信 息，如有则必须进行修改，但如包含 INFO 有关信息可以不进行修改。 删除功能块时必须先删除连接线，然后再删除相应的功能块，不可直接删除功能块再在原 位置插入新功能块，否则容易引起控制器出错。 在跨控制器通过网络相互引用信号时， 如需要在引用信号的控制器内多次重复引用该信号， 推荐用法为只使用一次网络引用块，其余需要引用部分

15、使用控制器内页连接符进行引用。 异或功能块的输出采用自定义点名，不要使用系统默认点名，否则容易导致异或功能块不 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 正常工作。 总结了调试期间的经验教训，加强了 DCS 逻辑组态的规范操作，我厂 DCS 系统目前能可靠稳 定运行。 这些问题的出现一方面说明 DCS 软件组态需要根据厂家相关手册严格规范操作， 可以杜绝 类似问题的产生； 另一方面也对于 DCS 生产厂家提出了更高的要求， 由于现场调试人员往往对于生 产流程比较熟悉，而对于 DCS 系统的熟悉程度存在差异、欠缺，这就要求 DCS 的组态界面有更高 的智能化，能及时提醒

16、设计人员在组态过程中的错误；具有更高的纠错能力，能根据设计人员的设 计思想自行纠正部分小错误，从而使广大用户能更好完成现场调试工作，确保生产过程能稳定可靠 运行。 参考文献： 1 西屋公司 OVATION 系统相关手册。 2MODBUS Application Protocol Specification 。 3Quantum Automation SeriesHardware Reference Guide 。 4国电北仑电厂三期超超临界机组热控调试存在的问题及对策 。 5公用脱硫 DCS DROP22 逻辑运算块故障分析及反措 。 作者简介： 张建创 （1971- ） ， 男， 浙江宁波人， 高级技师， 主要从事电厂 DCS 维护检修工作。 Email:。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建