摘要:介紹了西門子SPPA T-3000 DCS系統(tǒng)的特點，總結(jié)了SPPA T-3000 DCS的優(yōu)、缺羔,，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。
?。?）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,，實行硬件物理分散布置、信息集中管理的設(shè)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(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?？刂乒駜?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上運行SPPA T-3000 Monitor Service[Start]～啟動了控制系統(tǒng)服務(wù)器,，相關(guān)項目容器,、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，原因為系統(tǒng)組態(tài)下裝功能開放性過強(qiáng),，即此系統(tǒng)任意1臺計算機(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)原因為相關(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?，F(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,，畫面顯示點均為壞點，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,。針對以上問題,，根據(jù)以往調(diào)試經(jīng)驗，提出了如下解決方法：
?。?）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,；
?。?）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)報警點進(jìn)行整理,，刪除無用的報警點,，優(yōu)化報警復(fù)位功能,，減少系統(tǒng)負(fù)荷。
實施以上各項措施后,，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PID功能塊設(shè)計存在問題,。
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的運算速度,，導(dǎo)致系統(tǒng)運算速度變慢,，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,，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，實現(xiàn)了機(jī)組168h結(jié)束時，熱控系統(tǒng)各項指標(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,。實現(xiàn)了2臺機(jī)組168h結(jié)束后連續(xù)穩(wěn)定運行100d以上。
參考文獻(xiàn)
[1]羅穎堅．西門子TELEPERM XP分散控制系統(tǒng)在臺山電廠的設(shè)計應(yīng)用【J】．廣東電力,，2006,，（4）．
[2J西門子發(fā)布分散控制系統(tǒng)SPPA T-300qZ]．中國電力，2006,，（1O）
