DCS系統(tǒng)升級改造引發(fā)的通信故障分析與處理

劉乃輝　孟祥梅

【摘要】隨著現(xiàn)代控制技術的逐步發(fā)展，火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)控制也在不斷更新，一些舊DCS系統(tǒng)由于硬件不斷老化，需要進行軟硬件升級改造。本文介紹了鄒縣發(fā)電廠某機組在DCS升級改造中出現(xiàn)的一些問題，并進行了探討，希望為其他控制系統(tǒng)改造提供一些參考。

【關鍵詞】控制系統(tǒng)；升級改造；通信故障

ABSTRACT： With the development of modern control technology， DCS control system of power plant are constantly updated. Due to the aging of equipment in old DCS， it is necessary that the upgrades of hardware and software. Some problems about DCS upgrades of Zouxian plant were discussed， and solutions were put forwared. It provide a reference for similar units.

KEY WORD： control system；upgrades；communication failure

1、引言

華電國際鄒縣電廠某機組鍋爐為自然循環(huán)單爐膛倉儲式燃煤鍋爐，采用倒U型布置、切向燃燒、固態(tài)排渣、平衡通風、燃料為煙煤。汽輪機組為335MW亞臨界、中間再熱、四缸、四排汽、沖動凝汽式機組。DCS控制系統(tǒng)為FOXBORO公司生產的I/A'S，硬件型號為CP40B，軟件版本為6.3，工作站采用SUN公司的ULTRA 5系列。工程師站共有3臺，同時做為歷史站，其中AW5101為管理首站，AW5102站裝有與MIS網通信的接口程序，AW5103站為DEH系統(tǒng)管理站，另設5臺操作員站WP，整個網絡管理15對DPU，測點總數約6500點，整個系統(tǒng)網絡由DPU間通信的Nodebus網和與I/O柜通信的FIEDBUS網組成。整個DCS系統(tǒng)包含DAS、CCS、FSSS、SCS、MEH、DEH、BPC、ECS及與其他系統(tǒng)的接口（MIS系統(tǒng)、與脫硫系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等）?？刂葡到y(tǒng)投產于2002年，運行一直安全穩(wěn)定。

隨著時間不斷推移，DCS系統(tǒng)關鍵部件CP和工作站等都已無法購買備品，系統(tǒng)升級迫在眉睫。整個系統(tǒng)升級分兩階段進行，首先在2010年搭建了基于光纖通信的MESH網絡，并增加一臺P92管理工程師站，此工程師站采用XP系統(tǒng)，僅管理MESH網和做為歷史站備用功能。第二階段在2011年，升級了1對CP，將其中一對CP由CP40B升級為FCP270，同時將此CP下I/O卡件由FBM100系列升級為FBM200系列，這兩次改造分別用時一周左右時間，但系統(tǒng)改造完成后，先后出現(xiàn)了系統(tǒng)時間跳變和通信反應緩慢的現(xiàn)象，類似只對部分硬件進行升級改造的電廠山東省內有5家，其中出現(xiàn)故障的現(xiàn)象在滕州、菏澤電廠等也出現(xiàn)過，可以說這種故障具有一定的代表性。

2、升級過程介紹

原控制系統(tǒng)為同軸電纜傳輸的Nodebus網和雙絞線傳輸的FIEDBUS網組成，其中工作站基于UNIX平臺，控制內容包含了除ETS、TSI外的所有熱控控制，系統(tǒng)網絡圖見圖1：

第一次升級在2010年6月份，利用停機時間，增加了MESH網絡和基于XP系統(tǒng)的P92工作站，MESH網絡通過2塊ATS卡與原系統(tǒng)進行通信，改造后為系統(tǒng)升級打下了基礎，系統(tǒng)網絡圖見圖2：

第一次改造后，P92工作站做為MESH網的管理站，同時做為3臺工程師站中歷史數據站的備用站，運行一段時間后，運行人員反應調用歷史數據時，系統(tǒng)反應時間變慢，通過分析為P92站由于歷史數據過多，占用了網絡資源，導致系統(tǒng)通信慢，便將P92工作站停用。

第二次升級在2011年9月份，利用機組小修時間，將15對CP中的其中1對更換為FCP270型號，通過MESH網與原網絡進行通信，同時P92站做為新CP的管理站，系統(tǒng)網絡圖見圖3：

第二次改造用時1周左右時間，將原I/O柜內卡件全部更換為新型卡件，并對原CP文件轉換為新CP文件，改造過程比較順利，系統(tǒng)未出現(xiàn)異常。

3、升級改造后出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象

第二次改造結束1個月后，在1個多月的時間內系統(tǒng)出現(xiàn)了時間跳變、畫面曲線跑直線、系統(tǒng)反應慢、新CP測點不刷新、Nodebus離線等一系列問題，表1為DCS系統(tǒng)所引發(fā)的故障列表：

4、原因分析

通過查閱工作站事件先后的故障記錄文件。分析為以上事件是由于網絡負荷過高，造成網絡阻塞，使DCS通信變慢。經過檢查、分析，造成網絡阻塞原因主要有以下四方面：

1）工作站由于長時間的工作，老化現(xiàn)象嚴重，技術性能落后，老的節(jié)點總線系統(tǒng)通訊速率較低，只有10Mbps；

2）DCS由于老系統(tǒng)和新系統(tǒng)混用，歷史庫配置不夠優(yōu)化；

3）AW5102通信負荷率由于安裝了PI系統(tǒng)接口和全工況監(jiān)視接口導致整個網絡通信負荷過高，通過停運AW5102站上的PI的接口程序發(fā)現(xiàn)網絡的負荷率大幅度降低，網絡流量平均值從800多個數據包降低到450多個數據包；

4）工作站與網絡連接用的DNBT卡存在老化現(xiàn)象，致使工作站在某些時間、某些工況時與系統(tǒng)通信過程中出現(xiàn)占用大量網絡資源的現(xiàn)象。

以上幾個方面因素疊加，是引發(fā)一系列故障現(xiàn)象的主要原因。

5、處理方案

5.1臨時處理方案：

鑒于機組已經進入冬季供熱階段，不便對系統(tǒng)進行大的改造和更新，在此情況下，采用以下臨時處理手段，降低網絡負荷，避免類似故障再現(xiàn)。

1）重點監(jiān)視工作站AW5102的負荷狀況，并且查看/opt路徑的空間情況；在負荷上升到一定階段時，可以考慮人工重啟AW5102，以便釋放其內存和硬盤空間，降低網絡負荷。

2）對現(xiàn)有歷史數據系統(tǒng)進行優(yōu)化：目前機組有AW5101、AW5102、AW5103和P92四臺工作站同時在進行歷史數據記錄和存儲工作。為了降低網絡負擔，歷史數據記錄工作將分Nodebus和Mesh網絡兩部分，分別記錄在51系列工作站和P92工作站上。經過優(yōu)化后，網絡通訊較為流暢。

3）增加巡視內容，檢查系統(tǒng)信息（信息文件存放在/opt/fox/sysmgm/sysmon/smon_log文件中）和AW5102的負荷情況，密切監(jiān)視系統(tǒng)故障信息，一旦發(fā)現(xiàn)有同類故障隱患，可人工啟動AW5102；

4）定期（每月一次）清理系統(tǒng)垃圾文件（垃圾文件為所有目錄下的core文件）。

5）對于其他工作站，出現(xiàn)類似故障時也可能會導致網絡堵塞，在巡檢時同樣注意上述事項。

6）運行人員及時關閉不用的應用程序（如DM畫面，不再需要查看的歷史趨勢等），減輕機器和網絡負荷。

5.2徹底解決隱患方案：

利用機組檢修機會，對新舊不同版本搭配的硬件和軟件進行全面升級改造。

1）由于機組采用的51D工作站已經服役多年，嚴重老化，技術落后。在條件允許的情況下，采用目前?？怂共_公司主流的P92平臺工作站逐步更換現(xiàn)有的51D工作站。在已經搭建好Mesh平臺的情況下，升級到P92平臺是非常便捷的。

2）對DNBT卡逐步進行更換，以判斷是哪一塊DNBT卡存在老化現(xiàn)象。由于網絡阻塞現(xiàn)象不是一直存在，查找老化的DNBT卡非常困難，經過逐步更換，發(fā)現(xiàn)WP5101站DNBT卡工作不穩(wěn)定，更換此站DNBT卡后網絡上線正常。

3）更換P92工作站，對系統(tǒng)軟件進行離線重裝，離線試驗48小時后未發(fā)現(xiàn)問題，將92工作站在線運行。

經過以上方案處理，現(xiàn)DCS系統(tǒng)正常運行一年半，未出現(xiàn)反應慢、死機、數據跑直線等異常情況，說明問題已經解決。

6、結束語

DCS控制系統(tǒng)是機組控制的核心部件，在搭建和對系統(tǒng)進行改造時，需要嚴格按照《DLT 659-2006火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》要求，對系統(tǒng)進行各項試驗，檢查網絡系統(tǒng)通信負荷率符合如下要求：操作員站CPU負荷率不大于40%，過程控制站CPU負荷率不大于60%，通訊負荷率的配置不能保證在負荷運行時不出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象，數據通訊總線的負荷率在繁忙工況下不超過30%，對于以太網則不超過20%。

加強DCS系統(tǒng)維護工程師培訓，采用規(guī)范的方法來進行日常的檢查和維護：對系統(tǒng)軟件根據要求進行每季度1次備份，嚴格執(zhí)行《DCS系統(tǒng)防病毒管理規(guī)定》，不使用U盤、移動硬盤等手段進行軟件備份；做好系統(tǒng)應用軟件管理，各種系統(tǒng)軟件及版本號標識清晰，嚴格根據要求進行系統(tǒng)安裝；不得隨意安裝未經DCS廠家授權的第三方軟件。

DCS控制技術發(fā)展日新月異，現(xiàn)在形勢要求我們需要不斷對控制系統(tǒng)進行升級或改造才能滿足現(xiàn)場設備需求，但由于維護人員對新技術掌握需要一定時間，新技術應用也需要經過時間來驗證，所以設備升級改造會對控制帶來或多或少的影響，只有我們不斷學習，領會其中的精髓，才能將新技術的優(yōu)勢完全體現(xiàn)出來。

參考文獻

[1]上海福克斯波羅有限公司《I/A Series系統(tǒng)及應用》

[2]《I/A Series控制系統(tǒng)檢修規(guī)程》

[3]《DLT 659-2006火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》

收稿日期：2013年8月5日

作者簡介

劉乃輝（1975年），男，山東省濰坊市，本科，工程師，熱工控制。