DCS系統(tǒng)維護的常見問題及處理

國能錦界能源有限責任公司 李 銳

為滿足不斷增加的電力需求，火電廠的裝機容量越來越大，相應的設備也越來越多，對這些設備的控制也提出了更高的要求。融合了計算機以及網(wǎng)絡技術、過程控制技術等現(xiàn)代信息控制技術的DCS 系統(tǒng)操作便捷/運行穩(wěn)定可靠，維護較方便，成為了火電廠機組運行控制的核心系統(tǒng)。很多火電廠結合實際生產要求，在DCS系統(tǒng)中又納入了電氣控制系統(tǒng)，加上發(fā)電機裝機容量的增大、熱工參數(shù)的提高，在控制系統(tǒng)中新的設計及通訊方式被不斷引進，讓DCS 系統(tǒng)的功能更完善，控制的范圍更廣，對機組運行穩(wěn)定性的影響越來越大。

1 DCS 系統(tǒng)維護的必要性

DCS 系統(tǒng)是由許多設備及附屬零部件、通信網(wǎng)絡、軟件系統(tǒng)等組成的龐大系統(tǒng)，其組態(tài)比較靈活、人機界面友好，在火電廠機組運行中應用比較廣泛，尤其是新建火電廠中基本上都采用，之前未應用DCS 系統(tǒng)的一些老運行機組也進行了控制系統(tǒng)的改造，應用DCS 系統(tǒng)進行控制，發(fā)揮其獨具優(yōu)勢的控制功能。DCS 系統(tǒng)的組成復雜，涉及到的設備眾多，在長期運行情況下，會由于環(huán)境因素、自身設備質量及長期磨損等導致零部件出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？刂葡到y(tǒng)出現(xiàn)問題進而會影響機組的運行，因此需加強對DCS 系統(tǒng)的維護。

導致DCS 系統(tǒng)發(fā)生故障的因素主要是人為因素（維護不當、安裝設計不規(guī)范等）、環(huán)境因素（高溫、潮濕、灰塵、信號干擾等）以及設備因素（設備質量不達標、產品設計不標準等）。通常情況下，由于火電廠對DCS 系統(tǒng)的維護比較重視，會定期的對其進行檢修維護。在實際運行中發(fā)生的故障多為一般性故障，對機組影響較小，但也有較重大的故障發(fā)生，會對機組造成嚴重的后果，雖然發(fā)生概率相對較低，但危害程度卻很大。因此DCS 系統(tǒng)的維護原則是要杜絕大故障發(fā)生、減少小故障發(fā)生，做到預防為主、檢修維護為輔，讓其更夠平穩(wěn)運行，減少故障發(fā)生率，減少停機次數(shù)[1]。

2 DCS 系統(tǒng)維護的常見硬件、軟件問題及處理

2.1 操作員站故障及處理

DCS 系統(tǒng)操作員站不僅是監(jiān)控手段，也是指令下達的重要設施。在火電廠機組的實際運行中，運行設備的狀況及運行參數(shù)都通過操作員站來進行監(jiān)控。同時運行現(xiàn)場監(jiān)控人員根據(jù)實際的運行要求，結合機組負荷的變化、相關監(jiān)測參數(shù)的變化等來通過操作員站對不同的現(xiàn)場設備下達指令，調整其運行的參數(shù)，確保整個系統(tǒng)的運行設備能滿足實際運行要求。

一般每臺操作員站是獨立的，單一的操作員站出現(xiàn)故障時不會影響機組的運行，只需將操作員站按照操作要求進行重新啟動即可。但當多臺操作員站出現(xiàn)故障時影響的范圍較大，要及時查看是不是還有其它正常工作的操作站，利用正常的操作員站對機組的重要設備及運行參數(shù)進行監(jiān)控，并及時將有故障的操作站進行恢復[2]。處理措施如下：

要加強現(xiàn)場運行人員的技術培訓，提高其緊急事故的處理能力。在實際運行中，要對DCS 畫面中的系統(tǒng)狀態(tài)隨時查看，看操作站有無離線情況、有無出現(xiàn)網(wǎng)絡異常等情況，一旦出現(xiàn)異常要及時維護；單臺操作員站出現(xiàn)故障時，通常故障現(xiàn)象為死機、離線等，只需按照正常處理流程進行處理即可。多臺操作員站出現(xiàn)故障時，要將重要設備的監(jiān)控任務交由正常運行的操作站，同時快速排查故障，如果故障短時內排除則可正常運行，如短時內無法排除需根據(jù)機組實際運行情況進行應急處理。

全部操作員站出現(xiàn)故障時，如監(jiān)視儀表運行正常，要把DEH 系統(tǒng)切換至手動控制，通過后備手動操作方式進行。利用監(jiān)視儀表對機組運行情況進行監(jiān)視，對轉速、振動、液位等重要參數(shù)進行實時監(jiān)視。現(xiàn)場運行人員需根據(jù)實際運行情況利用盤臺操作按鈕進行操作。熱控人員要及時排查故障，查看CPU 是否正常、I/O 卡件運行是不是正常、硬盤或內存有無故障、冷卻風扇是不是正常運行、CPU負荷是不是在正常范圍內，同時按照運行規(guī)程做好停機準備，避免造成不必要的事故[3]。

2.2 電源故障

DCS 系統(tǒng)的電源采取的雙備份冗余方式，當一路電源出現(xiàn)故障時，可自動切換到另一備用電源，確保機組穩(wěn)定運行。平時只要做好電源的檢修工作且確保檢修及時，做好電源柜運行情況記錄，一般情況下不會出現(xiàn)雙路電源都失電情況。發(fā)生電源故障的主因是：接線頭松動、接線未采取壓接的方式或壓接不緊導致接線不牢，容易出現(xiàn)接觸不良的情況。實際運行中，由于機組是動態(tài)運行，不可避免要產生振動，由于長時間振動會導致一些零部件、連接件等出現(xiàn)松動，如連接螺栓松動導致接觸不良。在潮濕環(huán)境下運行，連接點可能會由于腐蝕而出現(xiàn)接觸不良的情況。此外地極和地網(wǎng)斷開、熱工保護的設備或元件瞬時失電等也會導致電源故障。穩(wěn)定的電源配置是DCS 系統(tǒng)運行的基礎，因此需加強對電源的維護，減少電源故障。

處理措施：電源模塊的質量要好，在實際運行中電源故障多是由電源模塊質量問題導致，因此要把好電源模塊質量關。定期檢查電源輸出電壓，查看是否在正常運行范圍。在機組停機檢修時，查看電源回路是否正常、接線頭是否有松動、線路是否存在老化絕緣不良等情況。利用紅外線測溫儀測試接線螺栓的溫度，查看有無存在接線螺栓溫度過高現(xiàn)象。查看電源保險絲容量是不是符合運行要求。查看電源回路的端子排及盤內配線有沒有存在接線松動情況。禁止其它用電設備連接在DCS 系統(tǒng)電源上，如出現(xiàn)電源故障報警后，要及時進行故障排除，避免單路電源長時間工作。機、爐保護的控制電源一旦出現(xiàn)故障要及時進行更換，防止出現(xiàn)控制器初始化的情況[4]。

2.3 軟件系統(tǒng)故障

軟件故障通常是在DCS 系統(tǒng)的調試階段、軟件進行升級進行階段發(fā)生的。DCS 系統(tǒng)的應用軟件較復雜，無論是調試還是組態(tài)都需相關人員配合進行，會涉及到很多人員交叉作業(yè)，操作流程重復或溝通不暢會導致系統(tǒng)軟件出現(xiàn)錯誤。軟件故障主要是網(wǎng)絡通訊忙導致的系統(tǒng)混亂；更換一次元件后變量參數(shù)設置與實際運行不符合；主/從CPU 組態(tài)信息不一致等。

處理措施：無論是系統(tǒng)軟件還是數(shù)據(jù)庫軟件，升級、修改、組態(tài)等都要嚴格按照相應的規(guī)范進行，完成相應的升級工作后要進行備份，當軟件系統(tǒng)發(fā)生故障、丟失運行數(shù)據(jù)時，可將備份數(shù)據(jù)調取出來進行恢復，在機組調試前要進行完善的方案制定。

3 故障及處理

3.1 通信網(wǎng)絡故障及處理

DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡通信故障主要是分散處理單元初始化、死機等；冗余控制器切換失?。粩?shù)據(jù)通信中斷及服務器死機等。導致網(wǎng)絡通信故障的主因是：網(wǎng)絡通信設備損壞導致網(wǎng)絡通信故障；DCS 組態(tài)不規(guī)范導致；一些硬件更換或升級后沒有進行相應的驅動程序匹配；運行環(huán)境影響，如外界溫度過高、電源風扇因故障停止轉動導致的電源溫度高，供電電源的波動較大等。

處理措施：網(wǎng)絡通信故障多數(shù)都與網(wǎng)絡通信的負荷率高有關，此外控制器的負荷率高也常會導致通信故障。因此主系統(tǒng)及子系統(tǒng)間的通信負荷率要保證在正常范圍內，防止負荷率過高出現(xiàn)網(wǎng)絡堵塞現(xiàn)象。在機組檢修期間，恢復操作員站及數(shù)據(jù)站，同時清掃DCS 機柜、濾網(wǎng)等。連接主控單元和操作員站的DCS 系統(tǒng)要采用雙層網(wǎng)絡結構，把系統(tǒng)網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡分開。定期檢查系統(tǒng)風道有沒有堵塞，通訊接口是不是正常等。定期檢查工作環(huán)境，查看通風是否良好，避免因運行環(huán)境溫度高導致零部件出現(xiàn)老化或發(fā)生故障。在進行DCS 系統(tǒng)故障處理時要嚴格按照規(guī)范流程進行，在對DCS 系統(tǒng)進行改造升級前要做好調研工作，并制定完善的升級方案，將相關的安全措施、技術措施等做到位，確保技術改造升級安全有效[5]。

3.2 DCS 系統(tǒng)故障預防策略

3.2.1 集成、組態(tài)要規(guī)范

從DCS 系統(tǒng)的常見故障來看，由于人為因素導致的故障比較多，在集成、組態(tài)過程中不是完全按照集成的原則和實際機組運行的要求進行的，導致系統(tǒng)在投入運行之后，會由于前期的設計不規(guī)范引發(fā)一些故障，增加了后期維護的難度。因此，要做好DCS 系統(tǒng)的集成、組態(tài)工作，確保系統(tǒng)的可靠性。

電纜的排布要科學合理，電源線和信號線要分開走匯線槽，且采用不同顏色的電線區(qū)分接地線和信號線，要保證柜間的配線兩端按照規(guī)劃進行，在布置好電纜及配線后要在電纜上掛上標牌，表明編號、走向，為后續(xù)的維護提供便利；柜內要配置溫控風扇，用于給設備降溫。同時機柜的規(guī)格、柜內的空間裕度以及銘牌尺寸等都要符合設計標準。

合理分配卡件。不同的卡件要承擔不同的功能，如控制、邏輯等功能點要在不同的卡件上分配，防止某一點出現(xiàn)故障，導致多點受到影響。在實際運行中，為減少保護誤動，可將設備運行與停止的反饋點分配在相同的卡件上。溫度、流量等物理參數(shù)可設置在同一卡件上，便于后期的維護；組態(tài)后的報警方式、物料線顏色等都要進行統(tǒng)一規(guī)劃，設備的運行狀況以及報警的狀態(tài)都要能夠清晰的顯示出來。對一些邏輯回路要進行動態(tài)的畫面顯示，包括一些復雜的回路也要進行動態(tài)顯示，而且還要設置二次確認功能，防止因為運行人員的誤操作導致回路故障。所有的開關量都要進行實時記錄，為后續(xù)的檢修維護提供參考[6]。

3.2.2 安裝、調試要標準

要保證安裝環(huán)境良好，要有一個溫濕度適宜的清潔環(huán)境，防止溫度高、灰塵多而影響設備的使用壽命。計算機系統(tǒng)附近不要設置大動力的電器設備，功率大的對講機也禁止在計算機室內使用，確保計算機室內的磁場強度最低。接地要做到接線頭壓接牢固；連接頭要焊牢；螺栓要緊固；地線的布設要合理。電纜的敷設要按照強電、弱電電纜進行分層排放，而且要遠離熱源和干擾源。端子柜的空間布置要合格，柜內的端子、繼電器、風扇的型號以及數(shù)量等要按照設計方案進行，不得隨意更改設備的數(shù)量配置。工作地與安全地不僅要分開，相互之間還要進行絕緣情況的測試。

安裝完畢且經(jīng)過驗收合格后要進行調試。進行調試前要做好DCS 的受電工作，檢查電源回路絕緣情況；接地電阻是否正常；分路電源開關是不是在斷開的位置等。完成受電前的檢查工作后再進行受電，進行受電過程中要按照逐系統(tǒng)進行，一個機柜或一個系統(tǒng)進行測試完畢后，再進行下一個機柜或下一系統(tǒng)的測試，避免多系統(tǒng)同時進行測試。如果在受電過程中出現(xiàn)問題要及時停止受電，查明故障源及原因，排除后再繼續(xù)進行受電測試。測試中易出現(xiàn)模件燒毀的情況，為避免這種情況，在測試前要先將模件的外接線斷開，將模件的電源保險松開后插入模件，再送上電源保險，測試完畢后將模件推出。模件進行測試的注意事項：不帶電插拔模件；模件進行系統(tǒng)調試后再插入相應的位置[7]。

綜上，火電廠機組的運行控制離不開DCS 系統(tǒng)，作為一個復雜的集成控制系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)在運行過程中不可避免的要發(fā)生故障，影響機組的穩(wěn)定運行。因此在DCS 系統(tǒng)投入前要做好集成、組態(tài)、安裝及調試工作，減少后期運行過程中故障發(fā)生率。在投入運行后，要定期的進行檢修，重點排查故障易發(fā)部位，及時更換零部件，并做好系統(tǒng)的升級工作，定期檢查線路連情況。要做到維護及時，操作規(guī)范，消除設備的不安全狀態(tài)，防患于未然，降低DCS 系統(tǒng)的故障發(fā)生率。