劉乃輝　孟祥梅

【摘要】隨著現(xiàn)代控制技術(shù)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(jìn)行軟硬件升級(jí)改造。本文介紹了鄒縣發(fā)電廠某機(jī)組在DCS升級(jí)改造中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，并進(jìn)行了探討，希望為其他控制系統(tǒng)改造提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)；升級(jí)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(guó)際鄒縣電廠某機(jī)組鍋爐為自然循環(huán)單爐膛倉(cāng)儲(chǔ)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(fēng)、燃料為煙煤。汽輪機(jī)組為335MW亞臨界、中間再熱、四缸、四排汽、沖動(dòng)凝汽式機(jī)組。DCS控制系統(tǒng)為FOXBORO公司生產(chǎn)的I/A'S，硬件型號(hào)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(tái)，同時(shí)做為歷史站，其中AW5101為管理首站，AW5102站裝有與MIS網(wǎng)通信的接口程序，AW5103站為DEH系統(tǒng)管理站，另設(shè)5臺(tái)操作員站W(wǎng)P，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理15對(duì)DPU，測(cè)點(diǎn)總數(shù)約6500點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由DPU間通信的Nodebus網(wǎng)和與I/O柜通信的FIEDBUS網(wǎng)組成。整個(gè)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(chǎn)于2002年，運(yùn)行一直安全穩(wěn)定。

隨著時(shí)間不斷推移，DCS系統(tǒng)關(guān)鍵部件CP和工作站等都已無(wú)法購(gòu)買備品，系統(tǒng)升級(jí)迫在眉睫。整個(gè)系統(tǒng)升級(jí)分兩階段進(jìn)行，首先在2010年搭建了基于光纖通信的MESH網(wǎng)絡(luò)，并增加一臺(tái)P92管理工程師站，此工程師站采用XP系統(tǒng)，僅管理MESH網(wǎng)和做為歷史站備用功能。第二階段在2011年，升級(jí)了1對(duì)CP，將其中一對(duì)CP由CP40B升級(jí)為FCP270，同時(shí)將此CP下I/O卡件由FBM100系列升級(jí)為FBM200系列，這兩次改造分別用時(shí)一周左右時(shí)間，但系統(tǒng)改造完成后，先后出現(xiàn)了系統(tǒng)時(shí)間跳變和通信反應(yīng)緩慢的現(xiàn)象，類似只對(duì)部分硬件進(jìn)行升級(jí)改造的電廠山東省內(nèi)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(guò)，可以說(shuō)這種故障具有一定的代表性。

2、升級(jí)過(guò)程介紹

原控制系統(tǒng)為同軸電纜傳輸?shù)腘odebus網(wǎng)和雙絞線傳輸?shù)腇IEDBUS網(wǎng)組成，其中工作站基于UNIX平臺(tái)，控制內(nèi)容包含了除ETS、TSI外的所有熱控控制，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖1：

第一次升級(jí)在2010年6月份，利用停機(jī)時(shí)間，增加了MESH網(wǎng)絡(luò)和基于XP系統(tǒng)的P92工作站，MESH網(wǎng)絡(luò)通過(guò)2塊ATS卡與原系統(tǒng)進(jìn)行通信，改造后為系統(tǒng)升級(jí)打下了基礎(chǔ)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖2：

第一次改造后，P92工作站做為MESH網(wǎng)的管理站，同時(shí)做為3臺(tái)工程師站中歷史數(shù)據(jù)站的備用站，運(yùn)行一段時(shí)間后，運(yùn)行人員反應(yīng)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間變慢，通過(guò)分析為P92站由于歷史數(shù)據(jù)過(guò)多，占用了網(wǎng)絡(luò)資源，導(dǎo)致系統(tǒng)通信慢，便將P92工作站停用。

第二次升級(jí)在2011年9月份，利用機(jī)組小修時(shí)間，將15對(duì)CP中的其中1對(duì)更換為FCP270型號(hào)，通過(guò)MESH網(wǎng)與原網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，同時(shí)P92站做為新CP的管理站，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖3：

第二次改造用時(shí)1周左右時(shí)間，將原I/O柜內(nèi)卡件全部更換為新型卡件，并對(duì)原CP文件轉(zhuǎn)換為新CP文件，改造過(guò)程比較順利，系統(tǒng)未出現(xiàn)異常。

3、升級(jí)改造后出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象

第二次改造結(jié)束1個(gè)月后，在1個(gè)多月的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)出現(xiàn)了時(shí)間跳變、畫面曲線跑直線、系統(tǒng)反應(yīng)慢、新CP測(cè)點(diǎn)不刷新、Nodebus離線等一系列問(wèn)題，表1為DCS系統(tǒng)所引發(fā)的故障列表：

4、原因分析

通過(guò)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(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)高，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，使DCS通信變慢。經(jīng)過(guò)檢查、分析，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞原因主要有以下四方面：

1）工作站由于長(zhǎng)時(shí)間的工作，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，技術(shù)性能落后，老的節(jié)點(diǎn)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(kù)配置不夠優(yōu)化；

3）AW5102通信負(fù)荷率由于安裝了PI系統(tǒng)接口和全工況監(jiān)視接口導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷過(guò)高，通過(guò)停運(yùn)AW5102站上的PI的接口程序發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷率大幅度降低，網(wǎng)絡(luò)流量平均值從800多個(gè)數(shù)據(jù)包降低到450多個(gè)數(shù)據(jù)包；

4）工作站與網(wǎng)絡(luò)連接用的DNBT卡存在老化現(xiàn)象，致使工作站在某些時(shí)間、某些工況時(shí)與系統(tǒng)通信過(guò)程中出現(xiàn)占用大量網(wǎng)絡(luò)資源的現(xiàn)象。

以上幾個(gè)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(shí)處理方案：

鑒于機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入冬季供熱階段，不便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大的改造和更新，在此情況下，采用以下臨時(shí)處理手段，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，避免類似故障再現(xiàn)。

1）重點(diǎn)監(jiān)視工作站AW5102的負(fù)荷狀況，并且查看/opt路徑的空間情況；在負(fù)荷上升到一定階段時(shí)，可以考慮人工重啟AW5102，以便釋放其內(nèi)存和硬盤空間，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

2）對(duì)現(xiàn)有歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：目前機(jī)組有AW5101、AW5102、AW5103和P92四臺(tái)工作站同時(shí)在進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)工作。為了降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，歷史數(shù)據(jù)記錄工作將分Nodebus和Mesh網(wǎng)絡(luò)兩部分，分別記錄在51系列工作站和P92工作站上。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，網(wǎng)絡(luò)通訊較為流暢。

3）增加巡視內(nèi)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(fù)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(dòng)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(duì)于其他工作站，出現(xiàn)類似故障時(shí)也可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞，在巡檢時(shí)同樣注意上述事項(xiàng)。

6）運(yùn)行人員及時(shí)關(guān)閉不用的應(yīng)用程序（如DM畫面，不再需要查看的歷史趨勢(shì)等），減輕機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

5.2徹底解決隱患方案：

利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對(duì)新舊不同版本搭配的硬件和軟件進(jìn)行全面升級(jí)改造。

1）由于機(jī)組采用的51D工作站已經(jīng)服役多年，嚴(yán)重老化，技術(shù)落后。在條件允許的情況下，采用目前福克斯波羅公司主流的P92平臺(tái)工作站逐步更換現(xiàn)有的51D工作站。在已經(jīng)搭建好Mesh平臺(tái)的情況下，升級(jí)到P92平臺(tái)是非常便捷的。

2）對(duì)DNBT卡逐步進(jìn)行更換，以判斷是哪一塊DNBT卡存在老化現(xiàn)象。由于網(wǎng)絡(luò)阻塞現(xiàn)象不是一直存在，查找老化的DNBT卡非常困難，經(jīng)過(guò)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(wǎng)絡(luò)上線正常。

3）更換P92工作站，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行離線重裝，離線試驗(yàn)48小時(shí)后未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將92工作站在線運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)以上方案處理，現(xiàn)DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行一年半，未出現(xiàn)反應(yīng)慢、死機(jī)、數(shù)據(jù)跑直線等異常情況，說(shuō)明問(wèn)題已經(jīng)解決。

6、結(jié)束語(yǔ)

DCS控制系統(tǒng)是機(jī)組控制的核心部件，在搭建和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，需要嚴(yán)格按照《DLT 659-2006火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，檢查網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷率符合如下要求：操作員站CPU負(fù)荷率不大于40%，過(guò)程控制站CPU負(fù)荷率不大于60%，通訊負(fù)荷率的配置不能保證在負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象，數(shù)據(jù)通訊總線的負(fù)荷率在繁忙工況下不超過(guò)30%，對(duì)于以太網(wǎng)則不超過(guò)20%。

加強(qiáng)DCS系統(tǒng)維護(hù)工程師培訓(xùn)，采用規(guī)范的方法來(lái)進(jìn)行日常的檢查和維護(hù)：對(duì)系統(tǒng)軟件根據(jù)要求進(jìn)行每季度1次備份，嚴(yán)格執(zhí)行《DCS系統(tǒng)防病毒管理規(guī)定》，不使用U盤、移動(dòng)硬盤等手段進(jìn)行軟件備份；做好系統(tǒng)應(yīng)用軟件管理，各種系統(tǒng)軟件及版本號(hào)標(biāo)識(shí)清晰，嚴(yán)格根據(jù)要求進(jìn)行系統(tǒng)安裝；不得隨意安裝未經(jīng)DCS廠家授權(quán)的第三方軟件。

DCS控制技術(shù)發(fā)展日新月異，現(xiàn)在形勢(shì)要求我們需要不斷對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或改造才能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需求，但由于維護(hù)人員對(duì)新技術(shù)掌握需要一定時(shí)間，新技術(shù)應(yīng)用也需要經(jīng)過(guò)時(shí)間來(lái)驗(yàn)證，所以設(shè)備升級(jí)改造會(huì)對(duì)控制帶來(lái)或多或少的影響，只有我們不斷學(xué)習(xí)，領(lǐng)會(huì)其中的精髓，才能將新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)完全體現(xiàn)出來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1]上海福克斯波羅有限公司《I/A Series系統(tǒng)及應(yīng)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(yàn)收測(cè)試規(guī)程》

收稿日期：2013年8月5日

作者簡(jiǎn)介

劉乃輝（1975年），男，山東省濰坊市，本科，工程師，熱工控制。