摘要:介紹了西門子SPPA T-3000 DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，總結(jié)了SPPA T-3000 DCS的優(yōu)、缺點(diǎn)，對該系統(tǒng)在國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司調(diào)試期間發(fā)生的死機(jī)等問題進(jìn)行了分析，并給出了解決方案．付諸實(shí)施后取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞:西門子SPPA T-3000 DCS系統(tǒng)；系統(tǒng)配置；死機(jī)
國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限公司（以下簡稱準(zhǔn)電）3期擴(kuò)建工程2×330 MW 機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）采用西門子公司的TXP一3000分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是西門子公司原TXP系統(tǒng)的替代產(chǎn)品，在國華準(zhǔn)電的應(yīng)用屬國內(nèi)首次。
1 系統(tǒng)配置與分析
1．1 網(wǎng)絡(luò)配置
（1）電廠總線擔(dān)負(fù)DCS各子系統(tǒng)問（AS、OM、ES）的通信任務(wù)．為工業(yè)以太網(wǎng)．遵循ISO／OSI的7層結(jié)構(gòu)建立起來的國際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。
（2）總線系統(tǒng)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(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP／IP協(xié)議，傳輸速率為100 Mbit／s。
（3）總線系統(tǒng)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(tǒng)的各成員以星型結(jié)構(gòu)連接在一起。總線系統(tǒng)為虛擬環(huán)網(wǎng)，設(shè)若干OSM模件，OSM模件設(shè)1組電子開關(guān)。
1．2 控制器（CPU）配置
西門子T-3000分散控制系統(tǒng)現(xiàn)場級控制器采用西門子S417控制器。按系統(tǒng)劃分并兼顧DCS功能分布配置，實(shí)行硬件物理分散布置、信息集中管理的設(shè)計(jì)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(fā)生故障，系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)并行的接口，均能接受系統(tǒng)對其進(jìn)行的組態(tài)和組態(tài)修改。處于后備狀態(tài)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(shù)據(jù)同步。
準(zhǔn)電單元機(jī)組CPU處理器配置為鍋爐8對、汽機(jī)4對、電氣2對；公用CPU處理器配置為電氣公用系統(tǒng)及熱控公用l對、循環(huán)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(jī)柜配置
西門子T-3000分散控制系統(tǒng)機(jī)柜按功能配置．包括控制柜和10機(jī)柜。控制柜內(nèi)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(qū)動電壓為220V AC，故DCS的控制驅(qū)動信號經(jīng)繼電器柜輸出。
1．5 人機(jī)接口配置
用于過程監(jiān)視的人機(jī)接口站每臺機(jī)組包括操作員站4套、工程師站1套、歷史數(shù)據(jù)站1套、大屏幕操作站2套。ES工程師站為1個數(shù)據(jù)庫支持的全圖形系統(tǒng)，采用了統(tǒng)一的現(xiàn)代化圖形系統(tǒng)和用戶接口，使控制系統(tǒng)的操作快速、安全、方便。ES工程師站可為所有子系統(tǒng)組態(tài)。包括總線系統(tǒng)。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(jìn)行系統(tǒng)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(jī)組DCS設(shè)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(tǒng)設(shè)1個公用DCS電源柜，兩路電源進(jìn)線分別來自3號、4號單元機(jī)組DCS電源柜。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源由單元機(jī)組DCS電源柜供給。
DCS系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)置接地網(wǎng)。集控室電子間內(nèi)DCS各機(jī)柜設(shè)備按照布置位置分組分別接地至設(shè)置于電纜夾層的總接地箱，再由總接地箱統(tǒng)一接至就近電廠接地網(wǎng)。
1．7 服務(wù)器ft Server
西門子T-3000服務(wù)器，采用的是ft Server W系列4300系統(tǒng)，為不允許發(fā)生故障的應(yīng)用專用服務(wù)器。ft Server 4300系統(tǒng)不僅提供99．999％的運(yùn)行時間，而且配備Intel⑧XeonTM處理器，在2路對稱多處理（SMP）服務(wù)器上提供高性能處理能力。系統(tǒng)特性如下：處理器Intel⑧XeonTM，3．2 GHz，內(nèi)存4 GbytesDDR，存儲子系統(tǒng)SCSI驅(qū)動器支持74 Gbytes。在服務(wù)器ft Server上運(yùn)行SPPA T-3000 Monitor Service[Start]～啟動了控制系統(tǒng)服務(wù)器，相關(guān)項(xiàng)目容器、報警容器、通信協(xié)議等隨即啟動。
2 系統(tǒng)存在的問題及解決方法
由于該DCS系統(tǒng)在國內(nèi)是首次應(yīng)用，對該系統(tǒng)的了解還不夠深入，DCS從到達(dá)現(xiàn)場開始就頻頻發(fā)生各類問題，DCS系統(tǒng)死機(jī)就發(fā)生了10余次。以下針對其中比較突出的問題進(jìn)行分析。
2．1 調(diào)試期間系統(tǒng)死機(jī)原因分析及處理
2．1．1 第1次死機(jī)
2．1．1．1 現(xiàn)象
死機(jī)具體表現(xiàn)為從工程師站查找不到公用系統(tǒng)的控制器，操作員站無法對公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操作。即DCS系統(tǒng)失去公用系統(tǒng)的功能。經(jīng)分析，原因是由于IP地址配置沖突，即公用系統(tǒng)與3號機(jī)組IP地址沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)無法識別公用系統(tǒng)服務(wù)器，從而失去對公用系統(tǒng)的通信與控制。
2．1.1．2 解決辦法
重新設(shè)定系統(tǒng)各服務(wù)器的IP地址。處理后系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，此類故障再未發(fā)生。
2，1．2 第2次死機(jī)
2，1．2．1 現(xiàn)象
第2次系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象與第1次相同。經(jīng)分析，原因?yàn)橄到y(tǒng)組態(tài)下裝功能開放性過強(qiáng)，即此系統(tǒng)任意1臺計(jì)算機(jī)均可進(jìn)入在線組態(tài)方式，并能夠同時對同1個AP的同1個邏輯進(jìn)行在線組態(tài)下裝，多用戶同時通過3號機(jī)組授權(quán)用戶修改公用系統(tǒng)組態(tài)，造成系統(tǒng)故障。
2．1．2．2 解決辦法
加強(qiáng)系統(tǒng)在線組態(tài)下裝的管理，嚴(yán)禁多用戶同時對同1個AP的同1個邏輯進(jìn)行在線組態(tài)下裝。該解決辦法為暫時性解決方法．根本的解決方式應(yīng)從系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定，限制多用戶同時對同1個AP的同一個邏輯進(jìn)行在線組態(tài)下裝，1個用戶進(jìn)入1個AP組態(tài)時另1個用戶無法再進(jìn)入該AP進(jìn)行在線組態(tài)。該方案已經(jīng)提供給西門子公司，建議其對T一3000系統(tǒng)進(jìn)行修改和優(yōu)化。
2．1．3 第3次死機(jī)
2．1．3．1 現(xiàn)象
第3次公用系統(tǒng)服務(wù)器死機(jī)現(xiàn)象與前2次相同，排除了上述原因后，結(jié)束服務(wù)器內(nèi)相關(guān)進(jìn)程重新啟動服務(wù)器后正常。所以認(rèn)為死機(jī)原因?yàn)橄嚓P(guān)進(jìn)程內(nèi)部數(shù)據(jù)設(shè)置錯誤，不能滿足現(xiàn)場正常運(yùn)行條件．相關(guān)服務(wù)器進(jìn)程發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，最終導(dǎo)致服務(wù)器運(yùn)算速度變慢并死機(jī)。根據(jù)分析。最終經(jīng)西門子公司遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)檢查。發(fā)現(xiàn)服務(wù)器alarm container（AC）進(jìn)程設(shè)置容量為128 Mbytes，而調(diào)試過程中報警點(diǎn)比較多，容量為145 Mbytes，已經(jīng)超過128 Mbytes。
2．1．3．2 解決方法
按照德國西門子建議將AC進(jìn)程容量修改為256 Mbytes。但本次修改未能根本解決系統(tǒng)死機(jī)的問題。
2．1．4 第4次死機(jī)
2．1．4．1 現(xiàn)象
第4次DCS系統(tǒng)再次發(fā)生通信故障，故障現(xiàn)象為機(jī)組各個AP不定時發(fā)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(tǒng)恢復(fù)正常。在故障期間，DCS系統(tǒng)失去對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視和操作功能，并且不能保證保護(hù)聯(lián)鎖的正確動作。經(jīng)過現(xiàn)場分析，造成的原因仍是內(nèi)部設(shè)定問題，發(fā)現(xiàn)服務(wù)器CC進(jìn)程容量為128 Mbytes（容量不足），造成服務(wù)器運(yùn)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(jìn)程容量修改為256 Mbytes。但本次修改未能徹底解決系統(tǒng)死機(jī)問題。
2．1.5 第5次死機(jī)
2．1．5．1 現(xiàn)象
第5次系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象為DCS10一l機(jī)柜AB、AC兩排卡件中所有DI卡件系統(tǒng)認(rèn)為未安裝，導(dǎo)致該機(jī)柜控制的現(xiàn)場設(shè)備失去控制，即定子冷卻水泵和C給水泵油泵發(fā)生自啟停現(xiàn)象。經(jīng)過分析，可能是更換該機(jī)柜內(nèi)卡件未復(fù)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(dǎo)致AP運(yùn)算變慢造成的。
2．1．5．2 解決方法
對機(jī)柜內(nèi)更換任意卡件時均進(jìn)行復(fù)位處理后，該問題再未發(fā)生。
2．1．6 第6次死機(jī)
2．1．6．1 現(xiàn)象
第6次系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重死機(jī)，現(xiàn)象為系統(tǒng)報警窗故障，且畫面切換遲緩，畫面顯示點(diǎn)均為壞點(diǎn)，操作員畫面無法對設(shè)備監(jiān)視操控。當(dāng)時的處理方法在服務(wù)器上重啟AC進(jìn)程后系統(tǒng)恢復(fù)正常。幾天后DCS再次發(fā)生嚴(yán)重的死機(jī)事故，所有操作員站和工程師站全部失去功能。經(jīng)過觀察，當(dāng)時系統(tǒng)服務(wù)器個別進(jìn)程超出其被分配的動態(tài)內(nèi)存空間，由于這些進(jìn)程的溢出導(dǎo)致服務(wù)器CPU負(fù)荷率大幅度上升，系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的過程變得極其緩慢，最終導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。經(jīng)重新啟動服務(wù)器后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，但未能從根本上解決該問題。
2．1．6．2 解決方法
經(jīng)過以上2次事故．現(xiàn)場決定暫時停止機(jī)組試運(yùn)。針對以上問題，根據(jù)以往調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，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(wěn)定性，大幅度減少由于模擬量信號劇烈波動造成對系統(tǒng)資源的占用；
（2）改變部分信號、邏輯系統(tǒng)采樣時間和分辨率，減少系統(tǒng)負(fù)荷；
（3）限制操作員站和工程師站同時打開畫面的數(shù)量，減少系統(tǒng)負(fù)荷；
（4）對系統(tǒng)報警點(diǎn)進(jìn)行整理，刪除無用的報警點(diǎn)，優(yōu)化報警復(fù)位功能，減少系統(tǒng)負(fù)荷。
實(shí)施以上各項(xiàng)措施后，各個進(jìn)程占用容量大幅度減少，如AC進(jìn)程由最高的312 Mbytes減少到120 Mbytes左右。根據(jù)德國西門子的意見又對系統(tǒng)內(nèi)5個進(jìn)程的容量進(jìn)行了擴(kuò)充，隨后對機(jī)組進(jìn)行了點(diǎn)火啟動，DCS未再發(fā)生嚴(yán)重的死機(jī)、系統(tǒng)通信阻塞中斷等現(xiàn)象，并順利完成吹管。寄存器參數(shù)調(diào)整為：AC、CC為384 Mbytes （原始默認(rèn)值為128Mbytes），ARC 196 Mbytes （原始默認(rèn)值為64Mbytes），RC 128 Mbytes （原始默認(rèn)值為64Mbytes），PDS 256 Mbytes （原始默認(rèn)值為128Mbytes）。
德國西門子總部T-3000開發(fā)組對國華準(zhǔn)電現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，并針對本工程對系統(tǒng)提出的要求，專門編寫了系統(tǒng)軟件升級包，對3‘號、4號機(jī)組DCS進(jìn)行了軟件升級，升級后直到2臺機(jī)組168h結(jié)束，該系統(tǒng)再未發(fā)生系統(tǒng)軟件死機(jī)事故。
2．2 調(diào)試期間系統(tǒng)其他故障原因分析以及處理
2．2．1 3號、4號機(jī)組DCS系統(tǒng)功能塊設(shè)計(jì)錯誤
發(fā)現(xiàn)3號機(jī)組在沖車階段DCS系統(tǒng)部分自動控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器工作不正常，調(diào)節(jié)器在DCS內(nèi)部被集成為CCTRL功能塊。該功能塊具備PID計(jì)算以及操作器的功能。該問題具體表現(xiàn)為：投入自動后一段時間，發(fā)生調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)幾乎不變；藍(lán)色為PID調(diào)節(jié)器輸出．瞬間突增至100％ ；紅色為執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋跟隨PID指令。以上現(xiàn)象主要發(fā)生在軸封的3套自動中。隨后對這3套自動邏輯進(jìn)行了檢查，根據(jù)歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)以上現(xiàn)象發(fā)生時PID調(diào)節(jié)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(yīng)發(fā)生以上現(xiàn)象，所以判斷為該P(yáng)ID功能塊設(shè)計(jì)存在問題。
通知南京西門子現(xiàn)場服務(wù)人員進(jìn)行處理，最終確認(rèn)由于PID調(diào)節(jié)器微分環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)有問題導(dǎo)致輸出突跳。之后德國西門子對該功能塊進(jìn)行了在線升級。升級后該問題再未發(fā)生。
2．2．2 DCS系統(tǒng)DI通道的問題
在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)每個開關(guān)量輸入通道（DI）都配有1個0．2 A的玻璃管保險，在機(jī)組運(yùn)行過程中如果保險損壞且不能被及時發(fā)現(xiàn)，重要的保護(hù)聯(lián)鎖信號將不能傳遞到DCS，造成保護(hù)拒動，給機(jī)組設(shè)備帶來災(zāi)難性的后果。發(fā)現(xiàn)這個安全隱患后，調(diào)試人員將2臺機(jī)組共400余塊DI卡件FIM卡進(jìn)行了更換，對所有DI卡件通道重新進(jìn)行了傳動。該卡件需要進(jìn)行經(jīng)常性巡視，觀察卡件內(nèi)保險報警顯示燈，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有損壞，立即進(jìn)行更換，保證機(jī)組在運(yùn)行過程中不發(fā)生保護(hù)拒動。
2．2．3 模擬量信號隔離問題及處理
在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，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(nèi)突跳，無法使用，且嚴(yán)重影響該信號所在機(jī)柜內(nèi)CPU的運(yùn)算速度，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)算速度變慢，機(jī)柜內(nèi)其他正常信號采集不到，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)CPU死機(jī)，失去對就地設(shè)備的控制，使就地設(shè)備發(fā)生自啟停現(xiàn)象。該問題還大量占用系統(tǒng)資源，DCS系統(tǒng)AC等進(jìn)程占用容量急劇增加，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)不可用。依據(jù)以往調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，在DCS系統(tǒng)AI卡件輸入側(cè)加入了信號隔離器，2臺機(jī)組共增加雙通道隔離器322個．徹底消除了該缺陷。
3 調(diào)試效果
在準(zhǔn)電調(diào)試過程中，通過對西門子公司新研制的DCS系統(tǒng)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組168h結(jié)束時，熱控系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良，DCS系統(tǒng)能完全適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用要求。實(shí)現(xiàn)了2臺機(jī)組168h結(jié)束后連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行100d以上。
參考文獻(xiàn)
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