热电锅炉风机高压变频器DCS系统冗余总线

云南大为制焦有限公司电仪车间 热电锅炉风机高压变频器热电锅炉风机高压变频器 DCSDCS 系统冗余总线系统冗余总线 通讯故障处理及热电通讯故障处理及热电 DCSDCS 系统新增一套控制器报告系统新增一套控制器报告 编 制 审 核 审 定 批 准 批准日期 年 月 日 1 生产部 公司领导 生产部 公司领导 热电分厂三台锅炉和公用系统共用一套 ABB DCS 系统控制器进行控 制 整个控制回路中一共有 18 个 I O 站 其中每台锅炉分别有 4 个 I O 站 公用系统有 4 个 I O 站 另外 2 个 I O 站为模拟量输出站 用于三 台锅炉和公用系统现场调节阀控制 DCS 控制器与整个控制回路中的 I O 站由两条相互冗余的总线进行连接通讯 当其中某一条总线通讯故障时 系统会自动无扰动切换到另外一条总线上进行正常通讯 从而不影响整 个 DCS 系统的数据传输 2009 年 根据国家 节能降耗 方针 公司对热电三台锅炉九大风 机增加了用高压变频器进行调节 在公司全厂大修期间 仪表同步在控 制器尾部新增加了 2 个远程 I O 站用于锅炉风机高压变频器远程控制 一个 I O 站用于开关量控制 另外一个 I O 站用于模拟量输入输出控制 但由于热电分厂系统全停时间较短 当时仪表人员并未能将新增加的 2 个远程 I O 站与控制器实现正常通讯 后邀请昆明杰慧自动化有限公司 专家帮忙查找不能正常通讯的原因 在杰慧公司专家的指导下 对新增 加的 2 个远程 I O 站硬件程序文件进行修改后 终于实现了高压变频器 DCS 系统远程 I O 站与控制器的正常通讯 然而在控制器与新增加的 2 个 2 远程 I O 站之间仍然有一条总线不能正常通讯 由于当时锅炉及公用系 统处于正常运行状态下 杰慧公司专家也未能找到原因 使得高压变频 器长期处于高隐患状态下运行 2011 年 12 月份 公司大修期间 仪表人员对热电 DCS 系统进行了 彻底的检修和冗余测试 终于找到了另外一条总线不能正常通讯的原因 为 3 锅炉所在的一个 I O 站 DP 头出问题 导致 3 锅炉 DP 头出问题那个 I O 站后面的所有 I O 站冗余总线不能正常通讯 更换 DP 头后冗余总线 终于能正常通讯 但当时也发现了另外一个潜在非常大的安全隐患 高 压变频器频率控制所用的模拟量输出卡为非冗余卡件 并且 3 台锅炉引 风机和一次风机频率调节输出硬件点分配在了同一块卡件上 一旦此卡 件出问题将会导致 3 台锅炉引风机和一次风机不能正常运行 可当时仪 表方面又没有冗余的模拟量输出卡件来进行改造 只好将 1 2 锅炉的 3 台风机频率调节输出硬件点分配在一块卡件上 3 锅炉的 3 台风机频率 调节输出硬件点分配在另外一块卡件上 暂时降低了风险系数 2012 年 5 月份 利用热电分厂系统短暂全停的有利时机 仪表人员 终于有机会将 3 台锅炉九大风机频率调节改为冗余模拟量输出卡件控制 但需要重新增加一个 I O 站 加之当时 2 锅炉引风机已进行了改造 新 3 增加了部分仪表测点和联锁 已将锅炉控制器 I O 站所剩下卡件开关量 硬件点全部用完 而 1 锅炉引风机接下来也要跟 2 锅炉引风机进行一样 的改造 所以仪表人员只能在锅炉控制器热电 DCS 控制室和高压变频器 控制室各分别增加一个 I O 站 仪表人员对 DCS 系统程序新增加 2 个 I O 站硬件组态结束后进行检查 发现了如下错误提示 Error 对于当前配 置 Watchdog 时间必须大于 160 仪表人员根据错误提示将 I O 站看门 狗 Watchdog 时间由系统默认的 150ms 修改为 160ms 重新对程序进行 编译检查后无错误 便对程序进行下载 下载完成后观察控制器及各 I O 站全部通讯正常 本应利用系统全停机会对 DCS 系统进行冗余测试 但 由于当时只是短停车 加之所加的高压变频器室 I O 站还需要进行控制 电缆改造和调校 没有充足的时间再对系统进行冗余测试 同时热电中 煤和煤泥计量数据还未正式验收通过 所以也未敢对 DCS 系统进行相关 冗余测试 以防中煤和煤泥计量数据全部丢失 2013 年 5 月公司全厂大修期间 仪表将热电 DCS 系统冗余测试做为 一项重点项目进行了申报和检修 5 月 15 日早上 8 30 分 热电分厂系统 全停降温和泄压后 在确认工艺人员不在对 DCS 系统进行操作和监控后 仪表人员先将 1 锅炉引风机改造所加仪表测点和联锁程序进行下载 下 4 载完成后便开始对 DCS 系统进行冗余测试 至下午 16 00 时 整个测试 工作全部结束 除锅炉 DCS 控制器总线模块不能冗余切换外 锅炉 DCS 控制系统 汽轮机 DCS 控制系统 汽轮机 DEH 控制系统冗余切换全部正 常 经过反复检查后还是未能找到原因 后通过对控制器底层驱动程序 重新进行初始化安装 更换总线模块和控制器 也都不起作用 在确认 总线模块和控制器没有问题后 把目标转向组态程序 对组态程序反复 进行检查 向 ABB 公司进行咨询 也都未能找到原因 最后仪表人员对 近几年锅炉 DCS 系统所增加或修改的程序进行反复回忆 找到了一个 2009 年备份的组态项目文件 此项目文件不包含高压变频器新增加的 I O 站以及程序 把项目程序整体下载后 控制器总线模块终于能够进行 冗余切换 最后把目标锁定在 I O 站看门狗 Watchdog 时间上 但把 I O 站看门狗 Watchdog 时间修改为系统默认值 150ms 后 程序立即报 错 必须把后新增加的 2 个 I O 站删除 但这样就必须把风机频率调节 输出改到原来非冗余模拟量卡件上 并且 1 锅炉引风机新增程序和联锁 必须删除 这样一来 不久后又会影响到 1 锅炉引风机改造 到 5 月 16 日凌晨 6 00 时 由于已经影响锅炉开车 10 小时左右 而又无法想到更 好的解决办法 最后做了如下决定 第一 将风机频率调节输出改到原 5 来非冗余模拟量卡件上 1 2 锅炉的 3 台风机频率调节输出硬件点分 配在一块卡件上 3 锅炉的 3 台风机频率调节输出硬件点分配在另外一 块卡件上 第二 把热电 DCS 室新增 I O 站改在汽轮机控制器上 通过 以太网形式与 1 锅炉操作站进行通讯 但这样做的缺陷是通过交换机间 接通讯数据传输稍微有所延时 但不会影响到工艺操作和监控 修改完 成对程序进行下载后 对控制器总线模块进行冗余测试 各 I O 站通讯 检查正常 1 锅炉引风机新增仪表测点和联锁测试均无问题后 联系工 艺人员 DCS 系统检修结束 可以进行开车 16 日上午 7 50 分 仪表人员 到高压变频器控制室检查时 发现高压变频控制冗余总线通讯不正常 通过光电转换模块指示灯状态可以看出 而此时 1 锅炉正处于点火过 程中 大量煤气已进入锅炉炉膛中 1 锅炉引风机和一次风机负荷调整 比较频繁 在没有落实好安全措施前 仪表人员不敢对高压变频控制冗 余总线进行检查处理 立即在线对 DCS 系统高压变频频率输出设置了通 讯中断频率自动保持 防止在用总线通讯不正常时风机频率全部回零 16 日中午 13 00 时 仪表人员对高压变频控制冗余总线进行检查 发现 问题为公用系统一个 I O 站 DP 头出问题 而导致公用系统后面的 I O 站 及高压变频控制冗余总线通讯不正常 若高压变频控制冗余总线通讯长 6 期处于不正常状态 而热电分厂又处于长周期运行 只有公司全厂停车 大修时 才有机会停车 一旦在用总线通讯出问题 将直接影响到 3 台 锅炉 9 大风机的正常运行 针对 DCS 系统存在的重大安全隐患 仪表建 议对冗余总线通讯不正常进行处理 冗余总线 DP 头出问题所在 I O 站为 热电公用系统所在 I O 站 冗余总线通讯不正常包含公用系统 2 个模拟 量输入 I O 站 1 个开关量输入输出 I O 站及高压变频器所在的 2 个远程 I O 站 仪表主要处理通讯不正常这条冗余总线 正常情况下不会影响到 高压变频器及公用系统相关数据 但为确保锅炉 公用系统正常 安全 稳定运行 对处理过程中具体存在的风险 风险分析 控制措施及建 议描述如下 1 在三台锅炉负荷相对稳定的条件下 仪表人员再对冗余总 线通讯不正常进行处理 2 电气人员将 3 台锅炉在用风机高压变频器由远程切换至 现场控制 确保DCS 系统与高压变频器通讯中断时所有 风机能正常稳定运行 若工艺人员需对某台风机负荷进 行调整 可通过用对讲机由电气人员在高压变频器控制面 板上进行调整 7 3 由于热电高压给水泵 循环水泵和出口 入口开关量电动 阀均为脉冲信号控制 即使DCS 系统通讯中断也不会 触发启停泵和阀门开关 动作 只是没有泵运行信号和阀 门开关 到位 信号 故需要工艺人员将高压给水泵和循环 水泵联锁解除 以防止联锁误动作 若通讯中断 高 压给水母管压力回零 工艺应以就地压力表为准 或是 以三台锅炉给水压力为准 4 由于所处理总线不涉及模拟量输出模块 所以工艺人员无 需将调节阀切换至就地操作 但需将 调节阀由自动调 节切换至手动调节 锅炉所有联锁暂时全部解除 5 待仪表人员处理结束后 工艺人员应观看DCS 系统 数 据 3 5 分钟 若数据稳定正常后 可逐步进行相关恢复 6 恢复的顺序为 电气人员 先将高压变频器由现场控制切 换至远程控制 恢复 顺序为先 二次风机 其次为一次风 机 最后为引风机 待电气人员把高压变频器全部恢复 远程控制 后 工艺人员可适当调整频率 若能正常调节 8 各仪表 联锁 测点数据正常后可恢复锅炉 公用系统相关 联锁 至此整个处理过程全部结束 7 DCS 系统冗余总线故障处理大概需要20 分钟 包括安 全措施落实及实施 处理结束后的恢复工作 共计需要1 小时 30 分左右 综上所述 自 2009 年热电锅炉风机高压变频器改造以来 DCS 系统对高压变频器的远程控制一直以来或多或少都存在着 不同的缺陷和安全隐患 尽管仪表人员想尽各种办法进行解决 处理 但始终无法彻底消除缺陷和安全隐患 主要体现在如 下几个方面 1 热电三台锅炉和公用系统总共只用一套DCS 系统控制 器进行控制 所涉及到的仪表测点和联锁非常多 导致 DCS 系统程序 容量 非常大 控制器 CPU 占用率非常高 以至于控制器长周期处于高负荷下运行 2 由于高压变频器远程I O 站只能接在锅炉控制器其他 I O 站的尾部 前面 18 个 I O 站任意一个 I O 站的 DP 头出问题 或接线松动都会导致高压变频器远程 I O 站一条总线通讯不 9 正常 而 ABB DCS 系统不具备总线通讯故障报错和诊断功能 给仪表人员查找故障带来了极大的难度 3 锅炉控制器程序容量非常大