FOXBORO DCS、TRCON控制系统的网络架构及常见故障处理

1、海南炼化FOXBORO DCS、TRICON控制系统网络架构及常见故障处理海南炼化机动部仪表组 李立炜2021年12月16日 仪表控制系统： DCS：distribution control system 分散式控制系统 主要用于工厂的连续过程控制 SIS ： safty instruments system 安全仪表系统 主要用于装置联锁紧急停车 ITCC：Integrated Turbine Compressor Control system 压缩机/透平综合控制系统 主要用于大型机组的启停和控制 PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器 主要用

2、于小型机组小型设备的控制 一、 FOXBORO DCS系统和网络架构 二、 FOXBORO DCS常见故障处理 三、 TRICON控制系统和网络架构 四、 TRICON控制系统常见故障处理 五、 TRICON控制系统的应用 一、 FOXBORO DCS系统和网络架构一.一 FOXBORO DCS 简介： DCS：分布式控制系统又称之为集散控制系统。 主要用于工厂的连续过程控制，海南炼化全厂各主要生产装置均采用 FOXBORO公司的DCS进行生产过程控制。 除常规的过程控制外，锅炉装置的联锁、常减压四顶气压缩机的控制和 联锁、气柜压缩机的控制和联锁、无级调节控制、PSA顺控等功能也均由 DCS实

3、现。 主要设备有控制器、I/O卡、交换机、操作站、工程师站等。 一.二 MESH网络的特点 100Mb 全双工可切换的冗余网络 基于 IEEE 802.3u, & 802.1w 标准 COTS Switches（商用成熟产品） Switches间的传送速度可达1G 铜轴电缆或者光纤皆可一.三 MESH网络的架构 四种配置方式四种配置方式：线型、环形、星型、树形：线型、环形、星型、树形 CP ChasisSwitch AW Switch Switch Switch Switch Switch Switch Switch Switch ChasisSwitch 一.四 海南炼化FOXBOR

4、O DCS网络架构（冗余星型网络） 实际结构图 应用管理层 操作监控层过程控制层二、 FOXBORO DCS常见故障处理 历史趋势问题的处理 历史趋势数据中断、历史趋势数据画直线、操作员行为记录查询 DCS卡件故障及处理方法 DCS卡件数据漂移、DCS卡件报警、DCS卡件更换 DCS组态需要注意的问题 DCS历史库的组态、DCS控制回路的组态、DCS画面组态 DCS系统报警 DCS故障案例二.一 历史趋势问题的处理二.一.一 历史趋势数据中断 历史趋势数据中断一般为历史库故障不记录历史数据引起，需要对相应的工程师站历史库重新启动。 历史库重启有自动和手动两种，自动重启需要对工程师站进行重启，工

5、程师站的重启时间根据工程师站的配置不同而不同，配置高的时间短，一般为1520分钟，在此期间请不要对工程师站进行操作，以免打断程序的正常进程。 当工程师站重启等待一段时间后，如果历史数据仍未恢复，可以采用手动重启历史库的办法。 在控制面板中找到AIM*AT双击打开，在AIM*HISTORIAN选项卡中点STOP HISTORIAN APPLICATIONS将历史库停止，等待一分钟后再点START AIM*HISTORIAN将历史库启动。启动后稍等一会，查看历史趋势是否恢复。如仍未恢复，可进入HISTORIAN MANAGER查看历史库工作状态灯，是否为绿色。如不正常，可同样采用先关再开的方式手动

6、启动。 历史趋势中断不影响实时趋势的显示，打开趋势面板仍然可以看到实时趋势。 二.一.二 历史趋势数据画直线 个别历史趋势画直线一般是因为历史趋势组态中的分辨率设置问题，可在历史库组态中进行适当修改。默认分辨率为0.5%。 历史数据是根据分辨率来进行记录，当实时数据变化不超过分辨率时，数据不会记录，因此在趋势中看是一条直线。 如果所有历史趋势均画直线为历史库故障，需重新启动。二.一.三 操作员行为记录查询 运行 开始程序AIMATAIM DATALINK可打开历史数据查询软件，进行相关设置： HISTORIAN BROWSER选项中： TABLE：MESSAGE ITEM LIST：OPRAC

7、TION SETTINGS选项中： SERVER：相应工程师站 HISTORIAN ：相应历史库名称 开始和结束时间 设置好后确认，可查看此时间段的操作记录。 操作员行为记录需要在操作站上开启此功能才能记录。 二.二 DCS卡件故障及处理方法 DCS卡件故障一般为单个或多个通道数据零点漂移、通道故障，卡件故障几种。可尝试用热插拔的方式进行处理。 软故障引起的问题用热插拔后大部分故障可以消失，卡件能恢复正常。 硬件故障引起的问题热插拔后不能恢复或者短时间能恢复正常，需要更换卡件处理。 更换卡件后需要注意的问题是卡件固件版本的升级。 在对应工程师站的系统管理器中选中需要升级的卡件，点左下角的EQU

8、IP CHGEEPROM UPDATE,升级的过程中卡件故障灯会亮起1分钟左右，然后恢复正常升级成功。升级后的版本信息可在EQUIP INFO中查看。 对于冗余卡件，升级前需要检查两块卡的工作状态，如需要升级的卡在主运行状态，需要将其切换到备用状态后升级。升级时要注意升级卡件的位置，点升级时会出现一个选择窗口， MAIN为左边的卡，BAK为右边的卡，BOTH为两块一起升级注意不要点错。二.三 DCS组态需要注意的问题二.三.一 历史库组态 对于配置较低的工程师站在运行历史库组态软件前需要将杀毒软件临时关闭。 在桌面右下角的MACFEE图标上点右键MANAGER FEATURES VIRUSSC

9、AN ENTERPRISE 打开控制台，将杀毒软件的几个组件关闭：ACCESS PROTECTION、BUFFER OVERFLOW PROTECTION、ON-ACCESS SCANNER。杀毒软件关闭时间一般为15分钟，15分钟后杀毒软件会自动开启，请尽快进行组态。 配置较高的工程师站一般不需要关闭杀毒软件。二.三.一 历史库组态 在开始程序AIMATHISTORIAN CONFIGURATOR 进入历史库组态软件。 如果在HISTORIAN窗口中没有看见已有的历史库，可以在历史库管理软件中刷新，或将杀毒软件临时关闭。不要点ADD新增历史库。 点NEXT进入RTP/MESSAGES窗口，点

10、ADD进入组态窗口，在需要添加点的相应CP上打勾，下一步选择COMMPAND下的对应位号（指示模块AIN，控制模块PID），下一步选择模块的相应参数（AIN的PNT，PID的MEAS、SPT、OUT）,下一步系统会自动找到匹配点的清单，点 FINISH完成组态。 二.三.一 历史库组态 组态完成后出现HISTCFG窗口，选中历史库中的RTP CFG，出现已有组态点清单，查看新增点是否在清单内，清单中可查看历史点的相关信息，如名称、历史库、量程、分辨率等。 其中DELTA为分辨率，对于特别重要并且量程特别大的表可适当进行修改，如果分辨率调高，会增加工程师站和历史库的负荷，增加历史数据的容量，不建

11、议大批量修改。 组态完成后点右上角的X关闭程序，出现的提示窗口点COMMIT，不要点SAVE，COMMIT的是保存并执行，SAVE只是保存，只有历史库重启后才开始记录。 每个历史库都有点数限制，组态时注意不要超过此限制。 二.三.二 DCS控制回路组态 运行IACC进入控制组态程序，一个简单的单回路一般由：ECBRINAINPIDROUT ECB 组成。 比较简单方便的控制回路组态方式是新增一个CSD，然后将已有CSD中的RIN、AIN、PID、ROUT复制到新增的CSD中。修改相应的参数即可，如位号、量程、单位、是否报警、有报警要设置报警值、输出模块的FC/FO等等。 然后将回路两边的ECB

12、从IACC的硬件配置中找到并拉到CSD中设置连接并下装即可。 控制回路组态方式还有通过模板建立CSD（BULK CREATE ESD）、通过表格批量建立CSD （TAG LIST ）对IACC不熟悉的不建议使用，批量建立CSD如果参数填写不正确，会影响到已有控制回路。 新增的COMMPAND需要指向CP后方能下装，下装后还要将其开启，COMMPAND下的模块才能正常工作。二.三.二 DCS控制回路组态 需要注意的几项： 单回路PID的L/R要强制本地，串级主回路PID的A/M要强制自动并且L/R要强制本地。 FBM214、FBM216、FBM218、FBM224需要新增子ECB，不能直接使用卡

13、件的ECB，新增的子ECB中需要填入设备地址、通道、信号类型等参数。 子ECB下装后不能直接起作用，需要在工程师站的系统管理里面将此通道激活后方能使用。 CSD指向COM在同一个CP的同一个COM下。 CSD中如有多个ECB要在同一个CP下，如必须要跨CP控制，需要做两个CSD，中间的连接需要在模块中手动输入，格式为COM:TAG.参数，不能直接连接。 模块中的名称不能过长，否则下装时会出错。 下装前有提示窗口，显示此次下装内容，确认后再下装。 如复制的模块下装后的工作不正常，可尝试删除后新建一个。二.三.三 DCS画面组态 需要注意的几项： 流程图的修改，要先从相应工程师站把最新的流程图文件

14、拷贝到本机后进行修改，修改完后也要最先更新工程师站中的文件。 不要把备份文件或临时文件存放在MENUS文件夹下，以免拷贝时将垃圾文件复制到工程师站和其他操作站，导致垃圾文件越来越多。 用宽屏显示器修改流程图保存时会提示是否保存为宽屏模式，不要存为宽屏模式，如已经保存可在软件设置中取消。否则在普通显示器中修改此流程图文件后无法保存。 流程图中新增的点，有点击位号跳出OVERLAY的操作，要设置相应的权限。具体权限请参考本单元流程图中其他点的设置。每个单元的操作权限都不一样。 FOXSELECT的菜单中的COMMPAND按钮最好删除，以免误操作把COMMPAND关闭。装置和工程师站对应表 AW01

15、01 常减压 AW0103 双脱、气分、MTBE AW0201 催化、动力锅炉 AW0301 RDS AW0303 HC AW0401 重整、异构化 AW0501 加氢、制氢 AW0601 硫磺、酸性水汽提 AW0701 聚丙烯 AW0801 空分空压、共用工程 AW0901 罐区 AW1101 乙苯、苯乙烯 AW1201 70万航煤 AW4901 气柜 AW4903 火炬二.四 DCS系统报警 出现系统报警有如下原因： DCS卡件故障。对于带控制的冗余卡故障，系统会自动切换到备用卡运行，理论上不会产生波动，如两块卡都出现故障，此冗余卡的数据会保持最后状态。 DCS操作站离线或报警键盘故障。

16、DCS新增硬件或新增通道。 DCS交换机某端口被拔出或故障。 DCS数据中断。有如下原因： 单个装置部分数据中断是因为此装置的个别卡件故障。 单个装置所有数据中断是因为此装置的冗余控制器都 发生故障或此装置的冗余交换机故障。 多个装置发生数据中断是因为中控室核心交换机故障。 二.五 DCS故障案例二.五.一 FBM216卡故障 FBM216零点漂移 FBM216冗余切换问题 二.五.二 DCS网络故障 2008年6月1、3日中心控制室有大部分操作站短时间系统报警并自动恢复。 2008年6月5日17时左右，中心控制室全部操作员站数据通讯中断，数秒钟后部分操作员站自动恢复正常，数据交换速度较慢，中

17、控室核心网络交换机N7 B故障，重新启动和复位后，仍然处于故障状态，不能正常运行。中心控制室与各现场机柜间控制站的通讯为单网运行，各机柜间DCS系统主控制器CP运行正常、底层网络运行为冗余状态。 2008年6月7日将部分操作站移到外操室后，FOXBORO公司按方案更换了FCR6故障交换机，当在线处理N7 B交换机时导致多套装置的备用控制器离线，工程师站蓝屏，中控室操作站数据中断。停用N7 B交换机后数据逐渐恢复。对全厂控制器进行复位，切换到冗余模式。 2008年6月10日，经总部专家、FOXBORO公司工程师、SEI专家、海南炼化仪表工程师共同讨论后，制定了交换机脱网升级方案，并将CCR内操作

18、站WP移至现场。 6月11日，按照制定的方案对全厂各装置进行了脱网操作。 6月12日，完成了全部FCR内交换机的软件升级、中控室CCR内网络交换机N7 的重新设置及软件升级， 6月13日对全厂各装置进行与中控室的联网操作，到6月13日22时，完成所有装置与中控室的联网工作。 6月14日，移至现场的操作站WP全部返回中控室，至此DCS系统通讯故障处理基本结束。三、 TRICON控制系统和网络架构三、一 TRICON系统简介：(1) 三重冗余容错系统,所有信号都需经过硬件的三取二表决,单点故障不 影响系统正常运行;(2) 高集成度,通过了Safety Integrity Level3 和TUV C

19、lass6 级认证;(3) 高可靠性,处理器可在3 - 2 - 1 的方式下工作,即只要有一个处理器工作正常即可保证系统的控制功能不受影响,故障卡件可在线更换而不中断系统运行;(4) 高度的自诊断功能;(5) 事件记录功能(SOE) ,分辨率为0.1ms ,方便故障的查找和分析;(6) 与其他系统高速冗余的通信连接;(7) 应用软件可在线修改;(8) 集成了专用的机组控制功能软件,针对性强,功能完全,完成机组的控制无需配置其他外部设备,如调速器、防喘振控制器等。三.二 TRICON控制系统的三重冗余容错 输入信号在输入卡件中被分成隔离的三路,通过三个独立的通道分别被送到三个主处理器中进行三取二

20、表决,经纠偏后的数据通过三条总线被送到输出卡件,在输出卡件中再次表决,以确保输出信号的准确。三.三 TRICON控制系统的网络架构四、 TRICON控制系统常见故障处理 历史趋势及数据中断问题的处理 历史趋势数据中断、历史趋势数据画直线 TRICON卡件故障及处理方法 TRICON卡件报警、卡件更换 TRICON组态需要注意的问题 流程图的组态、控制程序的组态四.一 历史趋势及数据中断问题的处理 TRICON操作站的历史趋势数据存于本操作站内，存储时间为30天，30天后最前面的数据会被后面的数据替换掉。 查看历史趋势时，不要把时间设置过长，否则趋势图的更新会非常缓慢。 历史趋势如数据中断，从趋

21、势中看无曲线显示。 历史趋势如画直线，可能系统时间有改变。时钟同步时可能会发生。 在流程图的最上一栏可查看通讯状态，通讯正常为闪烁状态。当通讯状态不发生变化时，表示通讯中断，此时数据保持在通讯中断前的最后数据不变。 当发生数据中断后，可先检查DDE程序是否运行正常，主、副通路是否运行正常，DDE设置中是否设置冗余。如程序关闭可重新运行DDE和INTOUCH程序。如有一路通讯中断可检查现场机柜间和中控室机柜间的光电转换器和交换机是否故障。 数据中断不影响控制器对现场的控制。只是现场数据在流程图上没有显示。 个别操作员画面经常跳出的窗口为授权到期的提示，确认或关闭即可，不影响使用。 工程师站、操作

22、站的网线不要接错，接错了流程图没有数据显示。四.二 TRICON卡件故障及处理方法 当TRICON系统有报警后，主机架报警灯亮，同时故障卡件的报警灯也会亮起，同时发送系统报警到流程图画面。 从系统诊断软件中可以查看故障点的位置，具体是那块卡的那个通道报警，如是软故障，在系统诊断软件中可以将报警消除，如为硬件故障，需要更换卡件处理。 TRICON的卡件均有冗余卡槽，对于单卡运行的只需要将新卡插入冗余卡槽，并将故障卡件拔出即可；对于冗余卡件，先将故障卡拔出后，再将新卡插入此槽位即可。卡件的拔插操作理论上没有什么风险，不会影响生产的操作。需要注意的是最好不要在整点进行作业，因为整点时冗余卡件会自动切

23、换。 四.三 TRICON组态需要注意的问题四.三.一 流程图的组态 INTOUCH程序中新增点需要新增标记名字典，地址要与1131中的一致。 流程图中新增点的连接可以从其他点复制，修改其连接即可，但需要注意的是，复制的点可能有多个连接，需要将其打包解除，将每个连接进行修改。否则在操作时可能别的按钮或旁路也一起动作。 四.三 TRICON组态需要注意的问题四.三.二 控制程序的组态 1131组态时，对内存点组态最好手动输入地址，不要选自动分配，尤其是对需要进行操作的内存点。 每次1131程序下装后都需要更新SOE配置文件，否则SOE记录无法查询。 新增的开关量硬点需要在SOE配置中增加上。否则

24、SOE记录无法查询。 五、 TRICON控制系统的应用五.一 SIS系统 用于监控生产装置的运行情况，对出现异常工况迅速处理，使危害降到最低，使人员和生产装置处于安全状态。 SIS是“静态”系统，正常工况时，系统输出不变，对生产过程不产生影响，非正常工况时，按预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车。 原则上DCS、SIS、ITCC要分别设置。 SIS系统按照安全度等级的要求分为1、2、3、4级。安全等级越高，安全仪表系统的安全功能越强。 提示：当装置发生联锁并恢复正常条件后，需要进行复位， 现场阀门才能动作。 五、 TRICON控制系统的应用五.二 ITCC系统 用于压缩机运行控制和

25、过程控制。为压缩机/汽轮机附属系统提供持久监测和保护功能，并且输出报警或停机。 主要控制包括： 转速控制 防喘振控制 机组联锁保护 五、 TRICON控制系统的应用五.二.一 转速控制： 包括启机、暖机、加速、停机、定转速、入口压力控制。 在自动模式下，根据启机、停机曲线的升、降速率，蒸汽透平将按程序自动进行分段转速控制，并迅速越过临届转速。 在半自动模式下，操作员可以在零转速到最小转速之间的任意转速停留，一旦接近临界转速，程序会自动升速或降速快速通过临界区。 超速保护，为3取2联锁保护，当3个转速探头有2个检测到的转速超过联锁值，系统会联锁停机保护机组。 五、 TRICON控制系统的应用五.

26、二.二 防喘振控制功能： 通过喘振检测，如检测到发生喘振，则由防喘振控制器输出控制防喘振调节阀。主要内容有： 根据压缩机入口流量和压力、出口压力及相应的温度，确定压缩机的喘振曲线。 确定喘振安全裕度和安全裕度校准增量（%） 设置喘振控制线和设定点浮动线。 确定适应性增益和防喘振阀开度的比例调节功能。 确定喘振是否停车。 五、 TRICON控制系统的应用防喘振控制策略： 当工作点越过设定点浮动线向喘振控制线窜动时会快速打开防喘振阀。 如果发生喘振，喘振安全裕度可自动调节，喘振控制线会自动调节到右方，加大安全余量。通过初始安全裕度和重校后的安全裕度变化，可了解压缩机的动态工况。 防喘振控制器带有适

27、应增益及快开/慢关相应等功能，当工作点在喘振控制线右方时，减少比例动作，使防喘振阀以设定速率慢关。 当工作点进入喘振控制线与喘振线之间时，比例调节功能可使防喘振阀按比例打开，提供足够的响应速度使防喘振阀全开。 当工作点向喘振控制线左方出现特定窜动时，电磁阀动作，使防喘振阀快速打开。当系统从喘振状态返回时，电磁阀复位，对防喘振阀的控制恢复到正常的喘振控制。 五、 TRICON控制系统的应用五.二.三 安全联锁功能： 在启动，运行，停机的全过程通过联锁保护系统保护机组。 联锁条件一般有如下： 紧急停机按钮（上位机软按钮，操作台硬按钮，就地停机按钮） 轴振动 （一般为二取二） 轴位移 （一般为二取二

28、） 轴瓦温度 （一般只做显示） 动力油站 （一般为三取二） 润滑油站 （一般为三取二） 超速保护 （一般为三取二）五.二.四 通讯功能： 与DCS的通讯，DCS只起辅助监控功能，不参与操作与控制。 五、 TRICON控制系统的应用五.二.五 主风机组的主要控制 烟机入口蝶阀控制： 自动时用DCS输出与转速控制器输出低选 手动控制时用手动输出与转速控制器输出低选 当机组发生联锁或自保时，入口蝶阀全关 风机出口流量控制： 正常时由静叶调节控制器控制 当机组发生联锁或自保时静叶全关，同时出口逆止阀关闭 安全运行： 由操作台上的操作按钮进行安全运行，安全运行后自动操作解除， 在3秒内防喘振阀全开，5秒

29、内出口逆止阀关闭，15秒内静叶关闭， 10秒内烟机入口蝶阀关闭，并发送信号去SIS系统 60秒后安全运行结束五、 TRICON控制系统的应用五.二.五 主风机组的主要控制 逆流保护 当喉部差压低于1KPA持续1秒，并且主风机组转速大于98%额定转速 时，判断为机组逆流，进入逆流保护。主机喘振报警，喘振计数器加1。 在3秒内防喘振阀全开，5秒内出口逆止阀关闭，15秒内静叶关闭， 10秒内烟机入口蝶阀关闭，并发送信号去SIS系统。 60秒后逆流保护结束。 如机组持续逆流则联锁停机。五、 TRICON控制系统的应用五.二.六 发电机组的主要控制 同期控制： 机组升速到2940-3060RPM范围内。

30、此时进入同期阶段控制，可进 行自动同期、手动同期。 手动同期时可进行手动升速、手动降速等的操作。 自动同期时，由电气发来同期请求信号，条件具备后由操作员发同 期允许信号给电气，当自动同期建立后，机组的同期转速就由电气发来 的同期增、同期减脉冲控制。 并网： 在同期过程进行完毕之后，且并网允许，如发电机的频率、相位和 电网的相同，并且发电机的输出电压大于电网电压，则可进行并网，此 时发电机自动带上一定的初负荷。五、 TRICON控制系统的应用五.二.六 发电机组的主要控制 负荷控制： 负荷控制是通过高调门来控制的，并且负荷控制和高调门阀位控制 之间是无扰切换。负荷可以自动控制，也可手动控制。 抽气控制： 到达一定负荷后，可投入抽汽控