淺談DCS系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題和處理策略

高士忠

（廈門國貿(mào)中順環(huán)保能源股份有限公司，福建廈門361022）

0 引言

分散控制系統(tǒng)（DCS）于1975年問世，經(jīng)歷40多年的發(fā)展歷程，在各行各業(yè)生產(chǎn)過程控制中占據(jù)了重要的地位。DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定進(jìn)行，通過同行業(yè)的交流、網(wǎng)絡(luò)/報(bào)紙雜志等的學(xué)習(xí)可知，在熱電企業(yè)生產(chǎn)過程控制中，由于DCS系統(tǒng)自身原因引起熱工保護(hù)誤動(dòng)而造成的機(jī)爐電聯(lián)跳，在全部熱工保護(hù)誤動(dòng)中占有一定的比例。目前新建、擴(kuò)建、改建熱電企業(yè)的爐外脫硫脫硝、化水控制、輸煤控制系統(tǒng)等均采用和鍋爐主系統(tǒng)相同的控制系統(tǒng)，即DCS系統(tǒng)。主輔系統(tǒng)統(tǒng)一，控制系統(tǒng)單一，備品備件通用性強(qiáng)、管理方便，維護(hù)檢修人員的培訓(xùn)相對(duì)較集中，在很大程度上降低了企業(yè)的運(yùn)營成本。隨著DCS系統(tǒng)應(yīng)用的范圍變廣，DCS系統(tǒng)自身出現(xiàn)的問題概率也就增加了；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷推動(dòng)DCS系統(tǒng)的技術(shù)革新，其在功能方面逐步強(qiáng)大，但在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，DCS系統(tǒng)在投入運(yùn)行后的管理和運(yùn)營維護(hù)等方面還存在很多問題，具有一定的安全隱患。

1 我司近幾年來DCS系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題和處理策略

我司共兩期工程三臺(tái)鍋爐兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，Ⅰ期2×75 t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐，配備2×6 MW汽輪發(fā)電機(jī)，DCS系統(tǒng)采用福大自動(dòng)化科技有限公司IAP-Pinecontrol系統(tǒng)，自2004年投運(yùn)以來，截至目前已投入使用14年左右的時(shí)間，DCS控制系統(tǒng)基本是不間斷連續(xù)可靠運(yùn)行，硬件基本都沒有更換過。本系統(tǒng)硬件采用的是OMRON-CS1D系列，系統(tǒng)共有五個(gè)控制站，每個(gè)站都配有雙路CS1D-CPU、雙路ETN21以及各種規(guī)格的IO卡件。Ⅱ期1×75 t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐項(xiàng)目的控制系統(tǒng)采用和利時(shí)HOLLIAS-MACSV5系統(tǒng)，于2013年投運(yùn)。目前兩套控制系統(tǒng)的操作模式都是獨(dú)立運(yùn)行的（兩套不同品牌的系統(tǒng)），在運(yùn)行1#鍋爐和3#鍋爐、2#鍋爐和3#鍋爐時(shí)（即運(yùn)行Ⅰ期與Ⅱ期部分爐、機(jī)、電的設(shè)備時(shí)），必須同時(shí)要兼顧到兩套系統(tǒng)的操作員站，坐在操作1#、2#鍋爐系統(tǒng)操作員站的人員就無法方便快捷地監(jiān)控到Ⅱ期設(shè)備。根據(jù)近幾年的運(yùn)行情況，我司所投運(yùn)的這兩套DCS系統(tǒng)相對(duì)還是很穩(wěn)定的。

后按照環(huán)保要求，我司于2013年進(jìn)行爐外脫硫脫硝改造，配套和利時(shí)HOLLIAS-MACSV5系統(tǒng)；為了達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，2017年環(huán)保設(shè)備進(jìn)一步升級(jí)改造（SNCR項(xiàng)目、臭氧脫硝項(xiàng)目），配套和利時(shí)HOLLIAS-MACSV6系統(tǒng)。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，為了在MACSV5系統(tǒng)上能監(jiān)控到MACSV6系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過局域網(wǎng)，將MACSV6系統(tǒng)數(shù)據(jù)并入MACSV5系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，但也存在一些的問題，出現(xiàn)過雙服務(wù)器自身重啟、控制站死機(jī)、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等危及生產(chǎn)安全的現(xiàn)象。

下面結(jié)合我司近幾年來DCS系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，希望能給大家提供有益的幫助。

1.1 案例一

2006年3月28日，Ⅰ期DCS系統(tǒng)運(yùn)行中，操作員站的監(jiān)控畫面所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值狀態(tài)顯示“@@@@”符號(hào)，操作人員無法監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備情況，也無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，導(dǎo)致鍋爐、汽機(jī)先后聯(lián)跳停運(yùn)。后檢修人員趕到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)服務(wù)器CPU處于100%運(yùn)行狀態(tài)，無法進(jìn)行軟件操作（有死機(jī)現(xiàn)象），先后重新啟動(dòng)服務(wù)器后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

1.1.1 操作員站無法監(jiān)視原因分析

查詢當(dāng)時(shí)的歷史記錄和報(bào)警記錄，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)服務(wù)器在機(jī)組聯(lián)跳前還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)警記錄，由此可判斷，在兩臺(tái)服務(wù)器重啟前，服務(wù)器還在工作，還在采集數(shù)據(jù)和處理歷史存儲(chǔ)、報(bào)警等任務(wù)。后重新啟動(dòng)服務(wù)器這段時(shí)間就沒有任何記錄，由此說明數(shù)據(jù)傳輸層工作正常。問題發(fā)生在監(jiān)視層，各個(gè)操作員站和服務(wù)器之間通信出現(xiàn)了堵塞和異常，造成操作員站監(jiān)控畫面無法監(jiān)視和操控，即操作員站與服務(wù)器站失去聯(lián)系，通信網(wǎng)絡(luò)中斷。

1.1.2 機(jī)組聯(lián)跳原因分析

經(jīng)過大量數(shù)據(jù)分析，在服務(wù)器重新啟動(dòng)前出現(xiàn)鍋爐“MFT”保護(hù)動(dòng)作，接著相關(guān)機(jī)組設(shè)備也聯(lián)跳（含停止給煤機(jī)），同時(shí)數(shù)據(jù)顯示跳閘的原因是“爐膛溫度低”。DCS系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算控制和運(yùn)行過程都在控制站進(jìn)行，與服務(wù)器及操作員站無關(guān)，因此，服務(wù)器和操作員站的停機(jī)和異常不會(huì)影響邏輯程序的正常運(yùn)行。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示分析，在鍋爐“MFT”動(dòng)作時(shí)，服務(wù)器仍然在正常工作采集數(shù)據(jù)。在操作員站無法監(jiān)視到機(jī)組運(yùn)行的情況下，操作人員無法準(zhǔn)確判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，即無法通過操作員站下達(dá)操控指令，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行參數(shù)偏離正常的工藝控制參數(shù)，導(dǎo)致“爐膛溫度低”熱工保護(hù)動(dòng)作，引起“MFT”動(dòng)作，導(dǎo)致鍋爐風(fēng)機(jī)大聯(lián)鎖動(dòng)作跳爐。

1.1.3 汽輪機(jī)組跳機(jī)原因分析

鍋爐風(fēng)機(jī)聯(lián)跳，影響整個(gè)系統(tǒng)的蒸汽壓力，汽機(jī)抽汽壓力低，也就跟著“抽汽壓力低”熱工保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳汽機(jī)。

1.1.4 服務(wù)器死機(jī)引起鍋爐跳閘原因分析

首先，當(dāng)時(shí)服務(wù)器并沒有死機(jī)，仍然在采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和報(bào)警，只是和操作員站之間的通信中斷了；其次，服務(wù)器和操作員站屬于監(jiān)控部分，和控制站的邏輯程序控制完全獨(dú)立，服務(wù)器和操作員站的異常不影響邏輯，更不會(huì)引起跳閘。

鍋爐跳閘原因是在操作員站無法監(jiān)視到機(jī)組運(yùn)行的情況下，操作人員無法準(zhǔn)確判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，即無法通過操作員站下達(dá)操控指令，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行參數(shù)偏離正常的工藝控制參數(shù)，導(dǎo)致“爐膛溫度低”熱工保護(hù)動(dòng)作，引起“MFT”動(dòng)作，導(dǎo)致鍋爐風(fēng)機(jī)大聯(lián)鎖動(dòng)作跳爐。

1.1.5 預(yù)防類似情況發(fā)生的方法

從各種數(shù)據(jù)分析，要避免這種情況，方法如下：

一是服務(wù)器的CPU負(fù)荷不能太高（60%以上持續(xù)超過5 min就算高了）；

二是拆除了老式針式打印機(jī)以及有影響的外部設(shè)備（聲卡、U盤等），操作員站禁止運(yùn)行游戲等和系統(tǒng)無關(guān)的程序；

三是服務(wù)器和外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換聯(lián)系（輸煤系統(tǒng)、CEMS系統(tǒng)、TSI系統(tǒng)等）要嚴(yán)格控制，盡量減少與外圍數(shù)據(jù)有交換聯(lián)系的系統(tǒng)（能合并成一個(gè)最好），預(yù)防數(shù)據(jù)交換聯(lián)系過多，增加服務(wù)器本身的不穩(wěn)定因素；

四是解決DCS系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)交換引起的異?，F(xiàn)象，將系統(tǒng)外圍數(shù)據(jù)采集功能移至操作員站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（外圍計(jì)算機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)，只影響單機(jī)操作員站，不影響服務(wù)器與其他操作員站間的數(shù)據(jù)交換），確保整套系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2 案例二

2006年6月16日，Ⅰ期DCS系統(tǒng)2#控制站雙CPU故障指示燈均亮，各操作員站對(duì)于2#控制站所含的信號(hào)均無法監(jiān)控操作，監(jiān)控畫面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)位置顯示“？？？？”符號(hào)。

1.2.1 原因分析

檢查現(xiàn)場(chǎng)操作員站顯示及DCS系統(tǒng)對(duì)各控制站CPU運(yùn)行監(jiān)視情況并進(jìn)行分析判斷，2#控制站CPU處于故障狀態(tài)，無法運(yùn)行而引起整個(gè)控制站癱瘓，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)與控制站之間的數(shù)據(jù)交換中斷，致使操作員站無法監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。在各方面的協(xié)調(diào)配合下，檢修人員在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)2#控制站內(nèi)部一條機(jī)籠間的數(shù)據(jù)線版本高引起整個(gè)控制站出現(xiàn)癱瘓，后經(jīng)過重新拔插，數(shù)據(jù)交換正常，CPU運(yùn)行正常，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，并于機(jī)組停運(yùn)期間更換版本號(hào)不一樣的數(shù)據(jù)通信線，調(diào)試好后正常投入運(yùn)行至今。

1.2.2 預(yù)防類似情況發(fā)生的方法

在停運(yùn)檢修期間，與廠家技術(shù)人員一起對(duì)整套系統(tǒng)所有軟、硬件進(jìn)行徹底的檢查、試驗(yàn)、調(diào)試，針對(duì)2#控制站機(jī)籠間數(shù)據(jù)通信線的軟件版本不配套引起控制站右側(cè)CPU故障后自動(dòng)切換到左側(cè)CPU又出現(xiàn)相同問題而癱瘓的事故進(jìn)一步做了詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)整套系統(tǒng)就2#控制站出現(xiàn)一條版本不配套的數(shù)據(jù)通信線，其他控制站機(jī)籠間的數(shù)據(jù)線均正常，自2006年7月1日檢查后正常投運(yùn)至今。

1.3 案例三

2010年7月30日，Ⅰ期DCS系統(tǒng)操作員站畫面電動(dòng)門、風(fēng)機(jī)等各狀態(tài)顯示為黑色，數(shù)秒后自動(dòng)恢復(fù)正常。

1.3.1 原因分析

通過大量的歷史數(shù)據(jù)檢查分析，在故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間段，服務(wù)器1、服務(wù)器2歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)正常，說明當(dāng)時(shí)服務(wù)器數(shù)據(jù)讀取正常；通過查報(bào)警歷史，在這個(gè)時(shí)間段里出現(xiàn)了多條原來一直存在的報(bào)警（相當(dāng)于報(bào)警更新），說明有出現(xiàn)過報(bào)警更新，導(dǎo)致報(bào)警更新的可能原因有IFIX的開關(guān)、網(wǎng)絡(luò)切換等；操作員站、服務(wù)器在某個(gè)時(shí)刻出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切換，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在切換過程中出現(xiàn)了丟包現(xiàn)象，造成操作員站畫面出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)無顯示的現(xiàn)象。

導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)切換的因素有：控制站CS1W-ETN21網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換卡出現(xiàn)通信異常自動(dòng)切換、思科交換機(jī)使用年限久、網(wǎng)絡(luò)線接頭松動(dòng)、老化等等。

1.3.2 預(yù)防類似情況發(fā)生的方法

針對(duì)類似情況，為防患于未然，通過對(duì)已連續(xù)運(yùn)行5年多的（5個(gè)控制站）10個(gè)CS1W-ETN21網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換卡進(jìn)行重新測(cè)試、試驗(yàn)，針對(duì)切換速度滯后、信號(hào)燈顯示相對(duì)較弱的更換了3個(gè)卡件；并將思科交換機(jī)S2950更新為S2960版本交換機(jī)；為進(jìn)一步確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)正常，將整套系統(tǒng)控制站到交換機(jī)的10條網(wǎng)絡(luò)線進(jìn)行更新。經(jīng)過近幾年的運(yùn)行，類似上述現(xiàn)象再未出現(xiàn)。

1.4 案例四

爐外脫硫脫硝和利時(shí)HOLLIAS-MACSV5系統(tǒng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)框架是上雙路下雙路冗余布局，雙服務(wù)器，2017年調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)過雙服務(wù)器自身重啟、控制站死機(jī)、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等危及生產(chǎn)安全的現(xiàn)象。

（1）由于種種原因，爐外脫硫脫硝系統(tǒng)品牌一致、軟硬件版本不一樣，為了將MACSV6數(shù)據(jù)通過網(wǎng)內(nèi)通信并入MACSV5系統(tǒng)，在做控制站邏輯算法時(shí)，由于低版本要兼容高版本，出現(xiàn)兩臺(tái)服務(wù)器先后自動(dòng)重啟現(xiàn)象，操作員站畫面無法監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)數(shù)據(jù)，監(jiān)控層與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信中斷，給生產(chǎn)帶來了很大的安全隱患，在數(shù)據(jù)采集工作完成后，整套系統(tǒng)調(diào)試好正常投運(yùn)過程中，再一次出現(xiàn)被掛控制站CPU不運(yùn)行、SNET等不亮等現(xiàn)象，直到檢修人員只能重新啟動(dòng)控制站，整套系統(tǒng)才正常運(yùn)行。和利時(shí)系統(tǒng)在進(jìn)行軟硬件升級(jí)時(shí)，首先需要考慮到用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)于低版本兼容高版本時(shí)的不穩(wěn)定不安全因素，應(yīng)及時(shí)和客戶溝通并告知，因此，在今后新建、擴(kuò)建、改建時(shí)要著重注意整套系統(tǒng)軟硬件的兼容性，否則會(huì)給企業(yè)生產(chǎn)帶來安全隱患。

（2）在MACSV5系統(tǒng)維護(hù)過程中，如在進(jìn)行邏輯算法程序編譯正常后在線下裝時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)初始化下裝，最終為了確保生產(chǎn)正常運(yùn)行，直到機(jī)組停運(yùn)時(shí)才下裝。MACSV5.2.5系統(tǒng)，服務(wù)器在做切換時(shí)，時(shí)常要切三次以上才能正常切換，給維護(hù)檢修人員帶來了極大的不便。后經(jīng)向廠家技術(shù)人員詳細(xì)了解，MACSV5.2.5系統(tǒng)本身具有缺陷。

2 DCS系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理措施

DCS系統(tǒng)是確保我司正常生產(chǎn)過程控制的核心，包含的主要設(shè)備多，系統(tǒng)是否穩(wěn)定運(yùn)行，大都取決于DCS系統(tǒng)的日常維護(hù)檢修工作是否到位，這對(duì)我們熱控管理和維護(hù)檢修人員提出了更高的要求。因此，我們要建立完善的DCS系統(tǒng)管理規(guī)定（軟硬件管理、審批管理、電子間管理等制度）；同行業(yè)間多進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，平時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象和處理要做好臺(tái)賬記錄，不斷提高維護(hù)技能，不斷創(chuàng)新提高自身的維護(hù)檢修水平和能力，以進(jìn)一步保障DCS系統(tǒng)更穩(wěn)更優(yōu)地服務(wù)于生產(chǎn)過程控制。

3 結(jié)語

我司兩套不同品牌版本不一的DCS系統(tǒng)，監(jiān)控整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備較多，DCS系統(tǒng)還肩負(fù)著第三方數(shù)據(jù)采集任務(wù)（環(huán)保、能源計(jì)量、碳排放數(shù)據(jù)采集），在生產(chǎn)運(yùn)行過程中也會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷問題，但有些缺陷問題具有相似性，采取適當(dāng)措施可以預(yù)防。筆者能力有限，僅就近幾年參與DCS系統(tǒng)維護(hù)檢修生產(chǎn)時(shí)遇到的問題在文中進(jìn)行了闡述，供大家參考。在未來功能逐步強(qiáng)大的DCS系統(tǒng)會(huì)更加完善，更加穩(wěn)定，也將更好地為熱電行業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)服務(wù)。