爱默生新版DCS控制系统OVATION

1、爱默生新版DCS控制系统OVATION爱默生新版 DCS 控制系统 OVATION-XP 的可靠性分析和故障预防一、引 言 近年来， DCS 在火电厂过程控制领域的应用水 平得到了迅速提高， DCS 从单一功能向多功能、 一体化方向发展，目前我国主力发电设备 300MW 等级火电机组大部分都采用了先进的集 散控制系统。河津发电厂二期工程2X300MW机 组为国产引进型燃煤火电单元机组， 安装两台哈 尔滨汽轮机厂生产的 300MW 亚临界、一次再热、 单轴、双缸 （高中压缸合缸 ）双排汽、直接空冷凝 汽式汽轮机。 锅炉型式为哈尔滨锅炉有限责任公 司生产的亚临界参数、 切圆燃烧、 自然循环汽包 锅

2、炉。DCS 采 用 了 爱 默 生 过 程 控 制 公 司 的 最 新 OVATION-XP 版控制系统，极大地改善了机组 运行环境， 提高了热工自动化水平， 便于热控设 备的维护管理， 特别是在硬件系统的开放性、 接 口的灵活性、模块化的设计、在流程画面的汉化、 控制策略的修改、 历史趋势的记录及事故分析方 面优势非常明显。但是由于对 DCS 系统的了解 不够以及 DCS 系统本身的特性，为了预防运行 过程中或多或少出现影响机组安全与可靠性的 故障，在这里笔者参照 DCS 系统通常的故障情 况，针对 OVATION-XP 版系统进行可靠性分析 和故障预防。二、可靠性分析及注意事项DCS 系统

3、的可靠性是指在规定的工作条件下和 规定的时间内，系统成功地完成规定功能的能 力，它是对一套控制系统的综合评价。 DCS 系 统的可靠性与 DCS 本身的内在质量，也与使用 环境条件和运行维护水平有关，而 DCS 系统故 障是一种固有顽症， 不管是进口系统还是国产系 统都或多或少会出现， 调试和维护的工作目的是 要让这种现象发生的最少。 引起故障的原因各种 各样，我们要分析这些原因逐一采取预防措施， 以下是引起 DCS 系统故障的原因的分析及其预 防措施。(1)配置了冗余结构 就目前运行的 DCS 系统来看，不管是通讯网络、 服务器还是现场控制器 DPU ，都配置了冗余结 构， "虽然

4、加大了硬件设备成本和消耗费用，权 衡其利害关系， 不难得出冗余措施在维持机组安 全、稳定方面起到了很大的作用， 在发电企业中 的广泛应用是毋庸置疑的。 但是有一点， 当主设 备发生故障，热备份状态的冗余设备就必须顶上 工作，可目前集团公司所辖发电厂部分机组 DCS 系统冗余设备的切换就不是很好，有的不 能切换， 有的自己来回乱切， 河津电厂一期工程 两台机组采用的日本三菱 DIASYS-UP 控制系统 的 DAS 服务器也经常出现该情况。这个问题希 望各厂家切实解决是非常重要的事情， 它是降低 DCS 系统故障的关键。OVATION-XP 系统在 Ovation 数据网络、以太 网 (Ethe

5、rnet) 网络、 Ovation 控制器、 Ovation I/O 模块、系统供电电源、 处理器电源分配模块、 操作员工作站、网络服务器和集线器等方面使用 了冗余组态方式，以求获得较高的系统可靠性。 当发生下列情况，系统可启动 " 自动越过功能 "， 无扰动越过故障，包括 : 控制处理器故障 ; 网 络控制器故障：I/O接口故障;控制处理器的 电源被拉开；控制处理器复位；网络部分断 线。就目前 Ovation 其他版本的应用情况来看， 备用系统的切换平稳、可靠。Ovation系统的冗 余故障预防方面仅需检修和运行人员熟悉系统各部件上的指示灯、声光报警、状态信息图，及 时做

6、出准确判断，并对故障部分进行处理和备用 恢复。(2)通讯故障 引起DCS系统故障的另一重要原因是通讯故 障。首先，是通讯负荷过重。该现象较为隐蔽，机组 运行操作不频繁时，通讯正常。而操作多时，引 起通讯堵塞，通常为事故紧急处理时操作很多。 例如:河津电厂一期的DCS覆盖面相对比要少， 进行逻辑组态分配时，又严格控制各DPU站的 负荷率，保证了数据通讯余量，该DCS系统运 行死机故障相对就少。其次，是通讯电缆连接不牢靠也是引起通讯故障 的原因，特别是通讯电缆插头处。而且往往一根 电缆出问题容易造成另一根电缆也发生故障。在 设备检修时有时触碰到了通讯电缆会使插头出 接触不好;有时通讯电缆很长，如连

7、接到操作员 站的电缆特别容易，受到干扰。早期DCS系统 多釆用总线式结构的同轴电缆连接，而现多为双 绞线连接，RJ-45接头特容易出现接触不良从 安全通报的情况来看，集团公司内有的厂就出现 过通讯电缆接触不好造成操作员站死机的情况。 第三，抗干扰性。计算机控制系统是众多电子、 机械部件组成的复杂系统，所处的环境又比较恶 劣，因此对系统的干扰因素较多。如大功率电气 设备、输电线路的电磁场、无线通讯、雷电等气 象变化;自身元器件的热噪声、信号输入输出回 路、电源回路干扰等。OVATION-XP系统在河津电厂的应用情况是， Ovation系统包括了目前DCS系统的所有功能: 数据采集系统DAS、模拟

8、量控制系统MCS、炉 膛安全监控系统FSSS、数字电液控制系统DEH、汽机危急遮断系统ETS、顺序控制系统SCS、旁路控制系统BPS、电气控制系统ECS、 空冷控制系统AIR,并且采用了取消基地式调节 仪和减少就地PLC控制，全部纳入DCS的设计 思想，涵盖的设备范围非常之大。为了保障各控 制站的低CPU通讯负荷，控制站数量、I/O卡件 数量较多。Ovation控制器釆用高性能奔腾处理 器设计，保障了通讯负荷情况。良好的机柜、电 源分配模块、转换板等设备的接地设计、双绞线 传输信号可以消除电磁场的干扰、信号线屏蔽线 可有效防止静电干扰、良好的供电措施等等抗干扰技术的应用都保障了系统具有较强的抗

9、干扰 性。使用 Ovation 系统必需注意的是要加强通 讯卡件松动或损坏的情况的检查， 尤其是防止强 电串入造成 DCS 卡件损毁 ;要防止 RJ-45 接头的 松动，尤其是灰尘较大时， 更易发生接触不良的 情况;网络设备的接口严禁乱接其它设备。(3) 计算机软件故障 在计算机控制系统中， 软件的可靠性比硬件的可 靠性占有更重要的位置。 软件故障主要来源于两 个方面 : 系统软件故障和应用软件故障。系统软 件包括操作系统、 数据库管理系统及各种编程语 言等。Ovation 系 统 操 作 系 统 是 用 的 微 软 的 Windows-XP ，视窗系统比 UNIX 操作系统更容 易死机。 一

10、则是操作系统本身的稳定性， 并且是 各类计算机病毒的主要攻击对象， 加之 PC 机提 供了极为方便的文件拷贝方式 (如 USB 接口 )， 技术上必须大力防范，同时加强人员管理 ;再则 就是通常 Windows 应用软件偶尔会和操作系统 发生冲突， Ovation 应用软件是一组工具程序的 集成，虽然采用了模块化设计技术， 但是由于功 能比较强大和复杂， 重要程度各不相同， 又是新 开发的基于 Windows-XP 的版本，应用软件本 身也可能有些问题尚未暴露出来。另外， Ovation 系统是服务器结构的， 服务器要 长期读写硬盘， 使得硬盘碎片、 垃圾文件逐渐增 多，硬盘空间变小，严重的会

11、造成硬盘出现坏道、 坏扇区，确实有电厂 DCS 系统由于硬盘容量不 够，造成服务器死机。控制系统中除了服务器外， 更须严格注意历史数据站的软件运行状态， 因为 历史数据站对整个控制系统的实时过程数据、 报 警、SOE、操作员记录提供大容量的存储，使用 最为频繁。(4) 环境条件异常是另一重要原因 第一， HVAC 系统运行状况。 环境原因引起 DCS 系统故障也要高度重视。 系统内有的厂由于空调 制冷情况不好，电子间温度升高，导致 DPU 故 障发生切换，如果副 DPU 也热坏了，问题就严 重了。一般认为环境温度以 1023 C为宜。过 高不好， 过低会引起空气结露也不好。 环境温度 大于29

12、 C时，柜内温度已比较高，已对DPU构 成危害。 Ovation 系统大量采用低功耗元件， 发 热量很小，在一定程度上减轻了对 HVAC 系统 的依赖程度。第二，电源、柜顶风扇运行状况。电源风扇和柜 顶风扇的正常运转是保证 DPU 正常运转的必要 条件。在河津电厂对 DCS 散热问题是很重视的， 每次检修都专门进行检查、 更换处理。 在调试期 日本专家也很重视这个问题，由于河津灰尘较 大，就对柜顶的风扇一个一个检查清扫。 #1、#2 机组的 DCS 系统服务器放在专门的房间，空间 都比较大，散热效果很好，而 DAS 服务器安装 在狭小机柜内， 散热效果差一点， 这也是房间内 DCS 计算机运行

13、情况好的一个原因。现在二期 Ovation 系统已经把所有服务器隔离在一个专 门工作室内， DCS 系统应较一期要听话多了。 第三，粉尘处理必须注意。当然，环境卫生也不 可忽视，过多粉尘侵入设备内部会造成芯片散热 差，绝缘下降。在河津电厂 #1、#2 机实际维护 工作中就发现某些电路板工作不正常， 清扫积灰 后，一切运行良好的情况， 也发生过由于工作站 内大量积灰，散热风扇损坏，机箱内温度过高， 最终导致硬盘损坏的情况。(5) DCS 系统供电电源十分关键 DCS 系统供电电源也是引起 DCS 故障的一个因 素。首先是电源故障，引起 DCS 系统瘫痪，电 源切换时间过长， 也会造成 DCS 死

14、机 （电源切换 时间要少于 3ms） 。电源是 DCS 系统一个主要干 扰源。防止电源干扰主要是要接好地线 （接地电 阻要小于2欧姆）。DCS系统接地系统不完善是 非常容易造成 DCS 误信号的，在高电压、大电 源、强电磁干扰的环境必须重视接地系统。 系统 内的机组出现多次不明原因的误发信号， 这与接 地系统不好是有关系的。 Ovation 控制器供电有 如下特点：冗余供电；二级管脉冲给进确保了 可获得连续供电：对完全AC断电后连续输出 32 毫秒的保持， 是一般 DCS 供电的两倍。 选 择最小电位 （阻值在 1 欧姆内）接地。 三、加强对 Ovation 系统的管理（1）加强 Ovatio

15、n 系统的软件管理在 DCS 系统软件管理方面要加强。在对 DCS 系统进行维护时软件和数据库的备份管理是 DCS 的一项重要工作，工作人员在做这项工作 时要按制度规定进行。 重装或升级软件时注意完 整性。对于双网卡计算机不要忘记确认 IP 地址。 对 DCS 系统设备要按时检查，将故障消灭在萌 芽之中，防患于未然， 提高 DCS 系统的可靠性， 随时掌握系统的运行状态，建立故障履历台帐，总结经验。(2) 要加强 DCS 系统的防干扰措施 DCS 系统的防干扰也要引起注意。对讲机、手 机信号对 DCS 系统的干扰是毋庸置疑的，区别 在于功率的大小和距离的远近， 虽然火力发电 厂分散控制系统技术

16、规范书 要求在距电子设备 1.2 米以外发出的工作频率达 470MHz 、功率输 出达 5W 的电磁干扰和射频干扰， 应不影响系统 正常工作。 但一般不易确认干扰源功率， 同时为 了确保绝对安全，仍要明文规定 :电子间全部范 围内不允许使用任何无线通讯工具，靠近 DCS 系统的空间内限制性使用大功率通讯工具。(3) 制定 DCS 故障的预防措施和应急方案 制定合理的检修周期， 配备合适的备品备件， 安 排适量的检修人员等是控制系统稳定运行的基 本要求。 这里着重提出的是， 对于任何厂家的任 何版本 DCS 控制系统，都要制定 DCS 故障的 紧急处理和停机停炉措施。还有就是要解决 Ovation 系统计算机重启后 I/O 初始化的问题及 机组的重要安全操作、 保护要有直通性， 尤其是 Ovation 系统中的锅炉安全监视保护子系统 (FSSS) 全部设计为软逻辑，在