西門子QR16數(shù)字量輸出模塊

西門子CPUCR60處理器6ES7288-1CR60-0AA0是S7-200 SMART，CPU CR60， 緊湊型 CPU，AC/DC/繼電器， 機載 I/O： 36 個 24V DC 數(shù)字輸入；24 個 2A 繼電器數(shù)字輸出； 電源：交流 47-63Hz 時 85-264V AC， 程序存儲器/數(shù)據(jù)存儲器 20 KB

摘要：本文結(jié)合火電廠DCS在生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的故障實例，對DCS故障進行了分類和分析，并就如何維護DCS以及減少DCS故障提出了具體辦法和措施。

一、分散控制系統(tǒng)(DCS)概述

DCS具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、安裝簡單規(guī)范化、調(diào)試方便、運行安全可靠的特點，在國內(nèi)外電力、石油、化工、冶金、輕工等生產(chǎn)領(lǐng)域特別是大型發(fā)電機組有著較為廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的的品牌主要有：

(1)國外品牌：美國ABB、西屋、德國西門子、日本橫河、日立等;

(2)國內(nèi)：國電智深、和利時、新華等。

DCS的安全、可靠與否對于*保*機組的安全、穩(wěn)定運行至關(guān)重要，若發(fā)生問題將有可能造成機組設(shè)備的嚴重損壞甚至人身安全事故。所以非常有必要分析DCS運行中出現(xiàn)的各類問題，采取措施提高火電廠DCS的安全可靠性。

二、DCS在生產(chǎn)過程中的故障情況

每個廠家的DCS都有其各自的特點，因此其故障的現(xiàn)象分析和處理不盡相同，但歸納起來由DCS引起機組二類及以上障礙可劃分為三大類：

(1)系統(tǒng)本身問題，包括設(shè)計安裝缺陷、軟硬件故障等。

(2)人為因素造成的故障，包括人員造成的誤操作，管理制度不完善及執(zhí)行環(huán)節(jié)落實。

(3)系統(tǒng)外部環(huán)境問題造成DCS故障。如環(huán)境溫度過高、濕度過高或過低、粉塵、振動以及小動物等因素造成異常。

2.1 DCS本身問題故障實例

此類故障在生產(chǎn)過程中較為常見，主要包括系統(tǒng)設(shè)計安裝缺陷，控制器(DPU或CPU)的死機、脫網(wǎng)等故障，操作員站黑屏，網(wǎng)絡(luò)通訊堵塞，軟件存在缺陷，系統(tǒng)配置較低，與其他系統(tǒng)及設(shè)備接口存在問題等。

2.1.1 電源及接地問題：

(1)某電廠DCS電源系統(tǒng)采用的是ABB公司Symphony III型電源，但基建時仍按照II型電源的接地方式進行機柜安裝，與III型電源接地技術(shù)要求差異很大。機組投產(chǎn)以來發(fā)生多次DCS模件故障、信號跳變、硬件燒壞的情況，疑與接地系統(tǒng)有關(guān)。同樣，某電廠在基建期間DCS接地網(wǎng)設(shè)計制作安裝存在問題，DCS系統(tǒng)運行后所有熱電阻熱電偶溫度測點出現(xiàn)周期波動。

(2)某廠因電源連線松動而導致汽機側(cè)控制系統(tǒng)失效。

經(jīng)驗教訓：DCS沒有良好的接地系統(tǒng)和合理的電纜屏蔽，不僅系統(tǒng)干擾大，控制系統(tǒng)易誤發(fā)信號，還易使模件損壞。可見，UPS電源、控制系統(tǒng)接地等存在問題將給電廠投產(chǎn)后DCS的安全穩(wěn)定運行留下極大隱患。因此，DCS系統(tǒng)電源設(shè)計一定要有可靠的后備手段，負荷配置要合理并有一定余量;DCS的系統(tǒng)接地必須嚴格遵守制造廠技術(shù)要求(如制造廠無特殊說明應(yīng)按照DLT774規(guī)定執(zhí)行)，所有進入DSC系統(tǒng)控制信號的電纜必須采用質(zhì)量合格的屏蔽電纜，并要同動力電纜分開敷設(shè)且有良好的單端接地。

2.1.2 系統(tǒng)配置問題：

(1)浙江某電廠DCS(T-ME/XP系統(tǒng))頻繁故障和死機造成機組停運事故。7、8機組(2*330MW)，從1997年2月試生產(chǎn)至5月，兩臺機組共發(fā)生22次DCS系統(tǒng)故障和死機，造成機組不正常跳閘8次。之后又多次發(fā)生操作畫面故障(8號機組有兩次發(fā)生全部6臺操作站“黑屏”)，嚴重威脅機組安全。經(jīng)分析認為其DCS系統(tǒng)存在以下幾個方面的問題：(1)DCS工程設(shè)計在性能計算軟件、開關(guān)量冗余配置上存在問題。(2)硬件配置不匹配(其中包括T-ME和T-XP兩種系統(tǒng)的匹配和通信問題)。(3)個別硬件設(shè)計不完善。(4)進一步分析，關(guān)鍵的CS275(下層T-ME)通訊總線負荷率過高出現(xiàn)“瓶頸”問題現(xiàn)象。而歐洲T-ME/XP系統(tǒng)用戶在配置合理的前提下，T-ME/XP系統(tǒng)使用情況基本良好。

2.1.3 控制器(DPU或CPU)故障

(1)某電廠300MW #2機組HIACS-5000CM控制系統(tǒng)FSSS1的CPU故障，且未將控制權(quán)交出，從CPU未能切換為主控，導致該部分系統(tǒng)控制設(shè)備無法操作(設(shè)備保持原狀態(tài)工作)。在對主CPU執(zhí)行在線更換步序至停電時，從CUP切換主控CPU，系統(tǒng)設(shè)備受控，更換原主控CPU后系統(tǒng)一切正常。

(2)ABB早期某時間生產(chǎn)的SYMPHONY 同一PCU機柜內(nèi)不同控制器之間通訊出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況，通過升級固件這一問題得到解決；

(3)新華控制XDPS系統(tǒng)早期某批次DPU曾多次出現(xiàn)離線、死機現(xiàn)象，經(jīng)檢查為DPU卡件個別電容問題，經(jīng)升級更換卡件問題解決。

由于目前DCS的控制器均為冗余配置，大大減少了主控制器“異常”引發(fā)機組跳閘的次數(shù)。但是，一旦一對冗余的控制器同時死機，將直接威脅到安全生產(chǎn)，對于此類情況一定要采取措施切實避免。

2.1.4 DCS網(wǎng)絡(luò)故障

(1)某電廠西屋WDPF控制系統(tǒng)，由于多次改造系統(tǒng)增加了大量測點和自動控制回路，系統(tǒng)負荷率高達70%以上，造成網(wǎng)絡(luò)通訊堵塞，多次出現(xiàn)操作員進行操作、切換畫面時間過長、畫面黑屏等問題。后經(jīng)升級改造為OVATION系統(tǒng)，系統(tǒng)正常。

(2)某電廠600MW機組負荷508MW，工況穩(wěn)定，汽輪機所有調(diào)門突然大幅擺動，經(jīng)檢查故障原因是機組運行時M5 控制器的轉(zhuǎn)速信號短時間內(nèi)由3000r/min 變成了0r/min，又馬上恢復，調(diào)門擺動的原因也是M3和M5通訊時出現(xiàn)掉數(shù)據(jù)現(xiàn)象，導致Trip Bias(跳閘偏置)信號在機組運行時由0變?yōu)?，引起所有調(diào)門大幅擺動。對該問題采取措施：對PCU 控制總線的通訊信號進行多重化處理，對通訊信號增加一定延時，躲過通訊信號瞬間跳變；對重要的通訊信號采用了通訊冗余。

2.1.5 DCS軟件問題

(1)某電廠300MW供熱機組DCS調(diào)試過程中未對測點品質(zhì)參數(shù)進行修改，致使其模擬量測點只有在斷線的情況下才認為是壞品質(zhì)測點，未充分起到品質(zhì)校驗功能。后對所有測點品質(zhì)參數(shù)進行了設(shè)置，提高了設(shè)備運行的可靠性。

(2)HIACS-5000CM控制系統(tǒng)畫面組態(tài)時，雙擊grab組態(tài)工具后，彈出 c++錯誤窗口無法正常使用。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)grab.ini 文件被改動過，從其他機器拷貝文件覆蓋后，工具恢復正常。因為grab 非正常退出后保留了錯誤的信息在grab.ini 文件中。

(3)某電廠除氧器水位控制回路邏輯是由高加水位控制邏輯拷貝修改而成，修改過程不徹底，PID參數(shù)未根據(jù)除氧器情況設(shè)置整定，造成運行中除氧器上水門發(fā)散調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。采取措施：檢查邏輯，重新整定PID參數(shù)。

2.1.6 系統(tǒng)接口問題

某電廠200MW供熱機組電氣并網(wǎng)信號至DEH只有一路，在機組正常運行的過程中該電氣并網(wǎng)輔助接點故障出現(xiàn)抖動，造成汽輪機跳閘。采取措施：使用屏蔽通訊電纜，增加冗余接點信號，并進行3取2邏輯判斷。

2.2 人為因素造成DCS故障實例

人為因素造成DCS的故障，在生產(chǎn)過程中也較為常見。包括人員造成的誤操作，管理制度不完善及未按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行工作步驟等。

2.2.1 未按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行工作步驟

(1)某電廠新華XDPS系統(tǒng)DEH的#12DPU故障，對其在線更換，使用的是小機MEH系統(tǒng)的DPU備品。在更換DPU后，只將#32主控DPU拷貝至#12副控未寫電子磁盤，其實質(zhì)只是將副控DPU的內(nèi)存內(nèi)容與主控保持一致，#12DPU電子磁盤內(nèi)容仍為MEH小機控制邏輯。在系統(tǒng)停電吹灰后，按順序啟動#12DPU成為主控，由于其邏輯為MEH邏輯而非DEH邏輯，造成系統(tǒng)通訊異常、數(shù)據(jù)頻閃、畫面顯示不正常，人機接口站無法操作。在重新對#12DPU送電，拷貝#32DPU邏輯并寫盤后正常。

(2)某電廠HIACS-5000CM控制系統(tǒng)，循環(huán)水泵房遠程I/O卡件更換，未執(zhí)行在線更換操作步驟，其卡件未能激活進入工作狀態(tài)，導致現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)與DCS畫面不符，設(shè)備無法控制。執(zhí)行在線更換步序后，系統(tǒng)正常。

2.2.2 人員誤操作

(1)某電廠機組運行中，在進行處理缺陷時工作人員誤動DCS繼電器柜繼電器造成引風機跳閘，鍋爐MFT。

(2)某電廠DCS卡件故障，在進行更換卡件過程中，由于工作人員未認真核對設(shè)備、卡件跳線錯誤，導致新更換的卡件燒損。

2.2.3 管理制度不完善

(1)某電廠DCS系統(tǒng)管理制度不完善，未對軟件升級、備份等工作進行規(guī)定。其輔網(wǎng)水處理POK1操作員站在升級打補丁后，未進行備份。該操作員站硬盤出現(xiàn)故障在進行系統(tǒng)恢復后，由于其軟件版本較低，導致與網(wǎng)絡(luò)通訊不正常，數(shù)據(jù)不刷新。

(2)某電廠操作員站管理不嚴，其放置于集控室的主機USB端口及光驅(qū)未進行有效封閉，個別運行人員夜班期間利用操作員站玩游戲、看電影，導致操作員站死機。

2.3 外部環(huán)境因素造成DCS故障實例

外部環(huán)境因素造成DCS故障的數(shù)量相比于前兩類問題而言相對較少，但在實際生產(chǎn)過程中也時有發(fā)生。

(1)某電廠電子設(shè)備間風道口正處于DPU機柜上方，由于設(shè)計和其他原因，機組運行中消防水通過風道流入DCS機柜，導致DPU、服務(wù)器等設(shè)備進水燒損，機組停運。

(2)某電廠循環(huán)水泵房遠程IO柜，由于底部封堵不嚴，造成冬季老鼠竄入，在機柜上部溫度較高處構(gòu)筑巢穴，*終造成遠程IO脫雙網(wǎng)。

(3)某電廠電子設(shè)備間的封閉性較差，卡件、DPU積灰較為嚴重，曾多次出現(xiàn)故障。在采取完善電子間封閉、加裝空調(diào)等措施后卡件、DPU等故障基本杜絕。