摘要:介紹了西門子SPPA T-3000 DCS系統的特點，總結了SPPA T-3000 DCS的優、缺羔，對該系統在國華準格爾發電有限責任公司調試期間發生的死機等問題進行了分析，并給出了解決方案．付諸實施后取得了良好的效果。
關鍵詞:西門子SPPA T-3000 DCS系統；系統配置；死機
國華準格爾發電有限公司（以下簡稱準電）3期擴建工程2×330 MW 機組分散控制系統（DCS）采用西門子公司的TXP一3000分散控制系統。該系統是西門子公司原TXP系統的替代產品，在國華準電的應用屬國內首次。
1 系統配置與分析
1．1 網絡配置
（1）電廠總線擔負DCS各子系統問（AS、OM、ES）的通信任務．為工業以太網．遵循ISO／OSI的7層結構建立起來的國際標準通信協議。
（2）總線系統包括電廠總線和終端總線，均為通過光纜建立的局域以太網，采用標準的TCP／IP協議，傳輸速率為100 Mbit／s。
（3）總線系統由若干個OSM模件組成。OSM模件為光纜總線接口總站，帶有自己的電源。通過OSM 模件，DCS系統的各成員以星型結構連接在一起。總線系統為虛擬環網，設若干OSM模件，OSM模件設1組電子開關。
1．2 控制器（CPU）配置
西門子T-3000分散控制系統現場級控制器采用西門子S417控制器。按系統劃分并兼顧DCS功能分布配置，實行硬件物理分散布置、信息集中管理的設計原則。所有處理器模件均冗余配置，一旦某個工作的處理器模件發生故障，系統能自動無擾快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站報警。冗余配置的處理器模件與系統設并行的接口，均能接受系統對其進行的組態和組態修改。處于后備狀態的處理器模件能不斷更新自身獲得的信息，并保持與工作模件數據同步。
準電單元機組CPU處理器配置為鍋爐8對、汽機4對、電氣2對；公用CPU處理器配置為電氣公用系統及熱控公用l對、循環水泵房公用2對。
1.3 I／0卡件類型
I／O卡件類型如表1所示。
1．4 機柜配置
西門子T-3000分散控制系統機柜按功能配置．包括控制柜和10機柜。控制柜內正面安裝控制器CPU和各類卡件，背面安裝FIM端子接線板；IO由于DCS模件工作電壓為24V DC，而控制對象的驅動電壓為220V AC，故DCS的控制驅動信號經繼電器柜輸出。
1．5 人機接口配置
用于過程監視的人機接口站每臺機組包括操作員站4套、工程師站1套、歷史數據站1套、大屏幕操作站2套。ES工程師站為1個數據庫支持的全圖形系統，采用了統一的現代化圖形系統和用戶接口，使控制系統的操作快速、安全、方便。ES工程師站可為所有子系統組態。包括總線系統。該工程師站為圖形界面，無需編程語言，可以自動生成代碼及自動下載代碼，可進行系統故障跟蹤分析；但事故追憶功能操作繁瑣。
1．6 電源及接地
單元機組DCS設3個DCS電源柜，DCS電源一路來自電氣UPS 220V AC，另一路來自保安段220V AC。DCS公用系統設1個公用DCS電源柜，兩路電源進線分別來自3號、4號單元機組DCS電源柜。遠程數據采集系統電源由單元機組DCS電源柜供給。
DCS系統不單獨設置接地網。集控室電子間內DCS各機柜設備按照布置位置分組分別接地至設置于電纜夾層的總接地箱，再由總接地箱統一接至就近電廠接地網。
1．7 服務器ft Server
西門子T-3000服務器，采用的是ft Server W系列4300系統，為不允許發生故障的應用專用服務器。ft Server 4300系統不僅提供99．999％的運行時間，而且配備Intel⑧XeonTM處理器，在2路對稱多處理（SMP）服務器上提供高性能處理能力。系統特性如下：處理器Intel⑧XeonTM，3．2 GHz，內存4 GbytesDDR，存儲子系統SCSI驅動器支持74 Gbytes。在服務器ft Server上運行SPPA T-3000 Monitor Service[Start]～啟動了控制系統服務器，相關項目容器、報警容器、通信協議等隨即啟動。
2 系統存在的問題及解決方法
由于該DCS系統在國內是首次應用，對該系統的了解還不夠深入，DCS從到達現場開始就頻頻發生各類問題，DCS系統死機就發生了10余次。以下針對其中比較突出的問題進行分析。
2．1 調試期間系統死機原因分析及處理
2．1．1 第1次死機
2．1．1．1 現象
死機具體表現為從工程師站查找不到公用系統的控制器，操作員站無法對公用系統進行監視和操作。即DCS系統失去公用系統的功能。經分析，原因是由于IP地址配置沖突，即公用系統與3號機組IP地址沖突，導致系統無法識別公用系統服務器，從而失去對公用系統的通信與控制。
2．1.1．2 解決辦法
重新設定系統各服務器的IP地址。處理后系統運行效果良好，此類故障再未發生。
2，1．2 第2次死機
2，1．2．1 現象
第2次系統死機現象與第1次相同。經分析，原因為系統組態下裝功能開放性過強，即此系統任意1臺計算機均可進入在線組態方式，并能夠同時對同1個AP的同1個邏輯進行在線組態下裝，多用戶同時通過3號機組授權用戶修改公用系統組態，造成系統故障。
2．1．2．2 解決辦法
加強系統在線組態下裝的管理，嚴禁多用戶同時對同1個AP的同1個邏輯進行在線組態下裝。該解決辦法為暫時性解決方法．根本的解決方式應從系統內部設定，限制多用戶同時對同1個AP的同一個邏輯進行在線組態下裝，1個用戶進入1個AP組態時另1個用戶無法再進入該AP進行在線組態。該方案已經提供給西門子公司，建議其對T一3000系統進行修改和優化。
2．1．3 第3次死機
2．1．3．1 現象
第3次公用系統服務器死機現象與前2次相同，排除了上述原因后，結束服務器內相關進程重新啟動服務器后正常。所以認為死機原因為相關進程內部數據設置錯誤，不能滿足現場正常運行條件．相關服務器進程發生數據溢出，最終導致服務器運算速度變慢并死機。根據分析。最終經西門子公司遠程登錄系統檢查。發現服務器alarm container（AC）進程設置容量為128 Mbytes，而調試過程中報警點比較多，容量為145 Mbytes，已經超過128 Mbytes。
2．1．3．2 解決方法
按照德國西門子建議將AC進程容量修改為256 Mbytes。但本次修改未能根本解決系統死機的問題。
2．1．4 第4次死機
2．1．4．1 現象
第4次DCS系統再次發生通信故障，故障現象為機組各個AP不定時發生通信故障，故障過程時間不等，一般為2～10 S，最長時間為4 rain，之后系統恢復正常。在故障期間，DCS系統失去對現場設備的監視和操作功能，并且不能保證保護聯鎖的正確動作。經過現場分析，造成的原因仍是內部設定問題，發現服務器CC進程容量為128 Mbytes（容量不足），造成服務器運算速度變慢。
2．1.4．2 解決方法
按照德國西門子建議將CC進程容量修改為256 Mbytes。但本次修改未能徹底解決系統死機問題。
2．1.5 第5次死機
2．1．5．1 現象
第5次系統死機現象為DCS10一l機柜AB、AC兩排卡件中所有DI卡件系統認為未安裝，導致該機柜控制的現場設備失去控制，即定子冷卻水泵和C給水泵油泵發生自啟停現象。經過分析，可能是更換該機柜內卡件未復位造成的，也有可能為該AP外供電方式模擬量信號大范圍跳動導致AP運算變慢造成的。
2．1．5．2 解決方法
對機柜內更換任意卡件時均進行復位處理后，該問題再未發生。
2．1．6 第6次死機
2．1．6．1 現象
第6次系統發生嚴重死機，現象為系統報警窗故障，且畫面切換遲緩，畫面顯示點均為壞點，操作員畫面無法對設備監視操控。當時的處理方法在服務器上重啟AC進程后系統恢復正常。幾天后DCS再次發生嚴重的死機事故，所有操作員站和工程師站全部失去功能。經過觀察，當時系統服務器個別進程超出其被分配的動態內存空間，由于這些進程的溢出導致服務器CPU負荷率大幅度上升，系統處理數據的過程變得極其緩慢，最終導致系統癱瘓。經重新啟動服務器后，系統恢復正常，但未能從根本上解決該問題。
2．1．6．2 解決方法
經過以上2次事故．現場決定暫時停止機組試運。針對以上問題，根據以往調試經驗，提出了如下解決方法：
（1）對外供電模擬量輸入信號增加隔離器，保證信號的穩定性，大幅度減少由于模擬量信號劇烈波動造成對系統資源的占用；
（2）改變部分信號、邏輯系統采樣時間和分辨率，減少系統負荷；
（3）限制操作員站和工程師站同時打開畫面的數量，減少系統負荷；
（4）對系統報警點進行整理，刪除無用的報警點，優化報警復位功能，減少系統負荷。
實施以上各項措施后，各個進程占用容量大幅度減少，如AC進程由最高的312 Mbytes減少到120 Mbytes左右。根據德國西門子的意見又對系統內5個進程的容量進行了擴充，隨后對機組進行了點火啟動，DCS未再發生嚴重的死機、系統通信阻塞中斷等現象，并順利完成吹管。寄存器參數調整為：AC、CC為384 Mbytes （原始默認值為128Mbytes），ARC 196 Mbytes （原始默認值為64Mbytes），RC 128 Mbytes （原始默認值為64Mbytes），PDS 256 Mbytes （原始默認值為128Mbytes）。
德國西門子總部T-3000開發組對國華準電現場數據進行分析研究，并針對本工程對系統提出的要求，專門編寫了系統軟件升級包，對3‘號、4號機組DCS進行了軟件升級，升級后直到2臺機組168h結束，該系統再未發生系統軟件死機事故。
2．2 調試期間系統其他故障原因分析以及處理
2．2．1 3號、4號機組DCS系統功能塊設計錯誤
發現3號機組在沖車階段DCS系統部分自動控制系統的PID調節器工作不正常，調節器在DCS內部被集成為CCTRL功能塊。該功能塊具備PID計算以及操作器的功能。該問題具體表現為：投入自動后一段時間，發生調節器輸出大幅度變動狀況，變動范圍為0～100％，如圖1所示。圖中黑色部分為PID輸入偏差，該數據幾乎不變；藍色為PID調節器輸出．瞬間突增至100％ ；紅色為執行機構反饋跟隨PID指令。以上現象主要發生在軸封的3套自動中。隨后對這3套自動邏輯進行了檢查，根據歷史趨勢，發現以上現象發生時PID調節器輸入偏差幾乎不變．且自動控制原理十分簡單，沒有微分以及前饋等作用，從控制原理來講不應發生以上現象，所以判斷為該PID功能塊設計存在問題。
通知南京西門子現場服務人員進行處理，最終確認由于PID調節器微分環節設計有問題導致輸出突跳。之后德國西門子對該功能塊進行了在線升級。升級后該問題再未發生。
2．2．2 DCS系統DI通道的問題
在調試過程中發現每個開關量輸入通道（DI）都配有1個0．2 A的玻璃管保險，在機組運行過程中如果保險損壞且不能被及時發現，重要的保護聯鎖信號將不能傳遞到DCS，造成保護拒動，給機組設備帶來災難性的后果。發現這個安全隱患后，調試人員將2臺機組共400余塊DI卡件FIM卡進行了更換，對所有DI卡件通道重新進行了傳動。該卡件需要進行經常性巡視，觀察卡件內保險報警顯示燈，一經發現有損壞，立即進行更換，保證機組在運行過程中不發生保護拒動。
2．2．3 模擬量信號隔離問題及處理
在調試中發現，外供電模擬量輸入信號與DCS的AI卡件不匹配，使得測量信號在大范圍內突跳，無法使用，且嚴重影響該信號所在機柜內CPU的運算速度，導致系統運算速度變慢，機柜內其他正常信號采集不到，導致DCS系統機柜內CPU死機，失去對就地設備的控制，使就地設備發生自啟停現象。該問題還大量占用系統資源，DCS系統AC等進程占用容量急劇增加，導致系統死機不可用。依據以往調試經驗，在DCS系統AI卡件輸入側加入了信號隔離器，2臺機組共增加雙通道隔離器322個．徹底消除了該缺陷。
3 調試效果
在準電調試過程中，通過對西門子公司新研制的DCS系統的優化，實現了機組168h結束時，熱控系統各項指標均達到優良，DCS系統能完全適應現場應用要求。實現了2臺機組168h結束后連續穩定運行100d以上。
參考文獻
[1]羅穎堅．西門子TELEPERM XP分散控制系統在臺山電廠的設計應用【J】．廣東電力，2006，（4）．
[2J西門子發布分散控制系統SPPA T-300qZ]．中國電力，2006，（1O）
