淺談在線處理日立DCS系統(tǒng)CPU故障的方法

劉軍華

（廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州515723）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，DCS在火電廠過(guò)程控制領(lǐng)域的應(yīng)用水平得到了迅速提高，其控制范圍覆蓋了 MCS、FSSS、SCS、DEH、ETS等功能。而整個(gè)DCS的核心部件即CPU，CPU一旦發(fā)生故障，輕則導(dǎo)致DCS局部死機(jī)，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響，重則引起整個(gè)DCS網(wǎng)絡(luò)通訊癱瘓，機(jī)組跳閘。本文就某單元機(jī)組的核心MCS1控制器CPU故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了解決辦法。

1 某電廠DCS系統(tǒng)及CPU設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠＃2單元機(jī)組于2004年開(kāi)始基建、投產(chǎn)，其DCS控制系統(tǒng)為日立公司的HIACS－5000 M，該系統(tǒng)主要特點(diǎn)為：

（1）采取冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用雙光纖環(huán)狀冗余網(wǎng)絡(luò)、令牌雙方向傳送、信息回繞（LOOPBACK）、雙CPU互為備用運(yùn)行技術(shù)，系統(tǒng)某一個(gè)部件出故障時(shí)迅速切換至備用部件，不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

（2）各CPU控制器自治分散控制各個(gè)系統(tǒng)，即由某對(duì)獨(dú)立的互為冗余的CPU完成對(duì)相關(guān)工藝系統(tǒng)的控制。

（3）軟件系統(tǒng)人機(jī)界面（HMI）友好，維護(hù)人員通過(guò)使用維護(hù)站（EWS站、HIST站），便可完成對(duì)控制邏輯、畫面的組態(tài)，并下裝至指定CPU控制器中；硬件系統(tǒng)配置靈活，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

（4）所有CPU控制器均掛靠在雙環(huán)網(wǎng)的光纖網(wǎng)絡(luò)上，機(jī)組所有實(shí)時(shí)信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)共享給各CPU控制器；同時(shí)，CPU控制器也可以將實(shí)時(shí)的控制信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

2 MCS1控制器CPU故障概覽

2014年12月27日，＃2機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，15：00左右，DCS系統(tǒng)狀態(tài)畫面報(bào)“光纖單網(wǎng)故障”。維護(hù)人員立即趕往＃2機(jī)組電子間、工程師站檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)MCS1控制器備用CPU故障（脫網(wǎng)）。

檢查發(fā)現(xiàn)CPU面板上有3處異常指示紅燈（常亮），其代表意義如下：

（1）ERR紅燈亮——該CPU故障，失去熱備用；

（2）NERR紅燈亮——NCP－F內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤；

（3）MEME紅燈亮——NCP－F發(fā)生SRAM校驗(yàn)錯(cuò)誤。

在這種情況下，MCS1控制器僅剩一個(gè)CPU在運(yùn)行，機(jī)組由雙光纖冗余網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行變成單光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，極有可能隨時(shí)發(fā)生通信阻塞（光纖網(wǎng)絡(luò)中MCS1變成信息孤島）的危險(xiǎn)，進(jìn)一步直接造成與此控制器相關(guān)的設(shè)備失去監(jiān)視，遠(yuǎn)方無(wú)法操作、控制。

3 MCS1控制器CPU故障分析及處理

常見(jiàn)的引起DCS系統(tǒng)CPU故障的原因主要有如下幾點(diǎn)：

（1）主、備CPU控制器之間切換不成功引發(fā)CPU控制器故障；

（2）主（備）CPU通訊接口硬件（CPU網(wǎng)板）故障，導(dǎo)致控制器單向通訊或故障不能切至備用運(yùn)行；

（3）控制器電源切換擾動(dòng)導(dǎo)致CPU死機(jī)；

（4）電子元器件老化導(dǎo)致控制器故障。

檢查DCS系統(tǒng)主、備冗余電源正常，電源模塊（交流220 V轉(zhuǎn)直流5 V）輸出電壓未見(jiàn)波動(dòng)。主CPU控制器未發(fā)生故障，而發(fā)生故障的是備用CPU控制器，也排除了主、備CPU切換過(guò)程中發(fā)生的故障。故可大致推斷故障原因較有可能是備用CPU設(shè)備硬故障。

在工程師臺(tái)收集錯(cuò)誤信息（MCS1＋MDA、MCS1＋MDADETAIL均可收集，而B(niǎo)控制器因故障，所有信息均無(wú)法收集），從 MCS1＋MDA收集的錯(cuò)誤信息最后一行error log（Initialization Err，datafile open failure）中可以看出，B控制器在打開(kāi)某一文件時(shí)報(bào)錯(cuò)，進(jìn)而導(dǎo)致該CPU初始化時(shí)死機(jī)。

MCS1控制器CPU在控制邏輯設(shè)計(jì)中，作為單元機(jī)組核心的“大腦”部分，直接控制機(jī)爐協(xié)調(diào)，具體涉及汽輪機(jī)主指令控制、鍋爐主指令控制、CCS綜合閥位指令控制、所有制粉系統(tǒng)的給煤量控制，機(jī)組部分重要調(diào)門控制、實(shí)發(fā)功率聯(lián)鎖汽輪機(jī)本體疏水門控制（DCS邏輯通訊點(diǎn)）、風(fēng)量低保護(hù)跳閘磨煤機(jī)控制、RB邏輯控制等。針對(duì)這一特殊情況，為防止處理故障CPU時(shí)出現(xiàn)其他不可控風(fēng)險(xiǎn)，必須做好安全技術(shù)措施，主要從兩個(gè)大的方面著手：

首先，考慮本CPU控制器內(nèi)信號(hào)，為防止故障CPU恢復(fù)正常并進(jìn)行初始化時(shí)相關(guān)控制信號(hào)異常，導(dǎo)致其控制的DCS邏輯、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備異常動(dòng)作，應(yīng)做好以下安全技術(shù)措施：

（1）解除機(jī)組AGC控制，保持負(fù)荷穩(wěn)定；

（2）解除機(jī)組汽機(jī)主控、鍋爐主控自動(dòng)控制；

（3）解除運(yùn)行的制粉系統(tǒng)中的給煤量自動(dòng)控制；

（4）將本控制器相關(guān)調(diào)節(jié)閥切至“就地位”。

其次，考慮與本CPU控制器相關(guān)的信號(hào)，為防止故障CPU恢復(fù)正常并進(jìn)行初始化時(shí)與其他控制器間邏輯通訊點(diǎn)信號(hào)（包括DCS通訊點(diǎn)、機(jī)柜間硬接線）跳變，應(yīng)做好以下安全技術(shù)措施：

（1）DEH切至閥位控制，即DEH手動(dòng)控制（正常運(yùn)行時(shí)，DEH閥位即汽機(jī)綜合閥位指令受MCS1遙控控制）；

（2）做好相關(guān)重要通訊點(diǎn)強(qiáng)置（在接收端強(qiáng)置）；

（3）運(yùn)行人員暫時(shí)減少其他不重要操作。

確認(rèn)安全技術(shù)措施完成后，將故障CPU由RUN切至STOP，1 min后再由STOP切至RUN，此時(shí)CPU模板上的指示燈發(fā)生了變化，ERR、NERR紅燈仍亮，MEME紅燈滅，說(shuō)明該CPU仍處于故障狀態(tài)。聯(lián)系日立公司技術(shù)人員并確認(rèn)后，確定更換該故障CPU。

確認(rèn)故障CPU在STOP位，在工程師臺(tái)上切至MCS1＋MDB控制器，點(diǎn)擊維護(hù)，進(jìn)入模板帶電插拔畫面，進(jìn)行該控制器CPU的模板帶電插拔工作，確認(rèn)無(wú)誤后，點(diǎn)擊preparation，系統(tǒng)自動(dòng)將該CPU隔離出來(lái)。戴好防靜電手環(huán)，按照CPU硬件更換操作步驟，將CPU拔出。

檢查被更換的CPU和將要更換的CPU的異同（僅需修改CPU的光網(wǎng)地址設(shè)置），確認(rèn)新CPU在STOP位，再次對(duì)所有設(shè)置確認(rèn)無(wú)誤后，將新CPU推入卡槽，依次恢復(fù)相關(guān)連接。

工程師臺(tái)上切至MCS1＋MDB控制器，完成最后的初始化工作（點(diǎn)擊INITIAL，此時(shí)CPU會(huì)自動(dòng)檢查，并自動(dòng)將DCS控制邏輯下裝進(jìn)去），大約5 min后操作界面提示“操作完成”，點(diǎn)擊確認(rèn)后退出維護(hù)界面即可。進(jìn)入電子間將該CPU由STOP位切至RUN位，RUN、STBY同時(shí)綠燈閃亮，大約1 min后RUN、STBY綠燈變?yōu)槌Ａ?，在工程師臺(tái)上進(jìn)行邏輯點(diǎn)強(qiáng)置工作，確認(rèn)該CPU工作正常（熱備用狀態(tài)）。逐步恢復(fù)相關(guān)安全技術(shù)措施，將邏輯強(qiáng)置點(diǎn)釋放，確認(rèn)新更換的CPU工作正常，至此，工作全部結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)組在商業(yè)運(yùn)行中，在線處理控制器CPU故障風(fēng)險(xiǎn)較大，而處理類似直接關(guān)系到機(jī)組的協(xié)調(diào)自動(dòng)控制、機(jī)爐重要聯(lián)鎖保護(hù)的主、重要CPU故障時(shí)，考慮到要采取的后備、安全隔絕措施，其難度無(wú)疑更大。一旦系統(tǒng)控制器發(fā)生故障，將直接造成局部或全部設(shè)備失去監(jiān)控，而若在處理CPU故障時(shí)因維護(hù)人員相關(guān)技術(shù)、安全后備措施做得不當(dāng)，或故障處理失敗，更有可能導(dǎo)致設(shè)備跳閘甚至機(jī)組跳閘的嚴(yán)重后果。本文詳細(xì)闡述了某廠成功處理＃2機(jī)組DCS系統(tǒng)中MCS1控制器CPU故障的過(guò)程，為其他機(jī)組運(yùn)行時(shí)在線更換同類型系統(tǒng)DCS（或其他DCS系統(tǒng)）的主、重要CPU控制器提供了可靠的參考依據(jù)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］劉新亮.日立DCS控制系統(tǒng)H5000M的故障分析與預(yù)防［J］.江西電力，2012（2）：47－49.

［2］北京日立華勝控制系統(tǒng)有限公司.6－3－H－5000M 系統(tǒng)硬件維護(hù)說(shuō)明［Z］.

［3］電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型故障處理預(yù)案：日立HIACS－5000M系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.