爱默生新版DCS控制系统OVATION-XP的可靠性分析和故障预防

1、爱默生新版DCS控制系统OVATION-XP的可靠性分析和故障预防 作者：张琦  发表时间：2007-4-6  阅读：19一、引 言    近年来，DCS在火电厂过程控制领域的应用水平得到了迅速提高，DCS从单一功能向多功能、一体化方向发展，目前我国主力发电设备300MW等级火电机组大部分都采用了先进的集散控制系统。河津发电厂二期工程2×300MW机组为国产引进型燃煤火电单元机组，安装两台哈尔滨汽轮机厂生产的300MW亚临界、一次再热、单轴、双缸(高中压缸合缸)双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。锅炉型式为哈尔滨锅炉有限

2、责任公司生产的亚临界参数、切圆燃烧、自然循环汽包锅炉。    DCS采用了爱默生过程控制公司的最新OVATION-XP版控制系统，极大地改善了机组运行环境，提高了热工自动化水平，便于热控设备的维护管理，特别是在硬件系统的开放性、接口的灵活性、模块化的设计、在流程画面的汉化、控制策略的修改、历史趋势的记录及事故分析方面优势非常明显。但是由于对DCS系统的了解不够以及DCS系统本身的特性，为了预防运行过程中或多或少出现影响机组安全与可靠性的故障，在这里笔者参照DCS系统通常的故障情况，针对OVATION-XP版系统进行可靠性分析和故障预防。二、可靠性分析及注意事项&#

3、160;   DCS系统的可靠性是指在规定的工作条件下和规定的时间内，系统成功地完成规定功能的能力，它是对一套控制系统的综合评价。DCS系统的可靠性与DCS本身的内在质量，也与使用环境条件和运行维护水平有关，而DCS系统故障是一种固有顽症，不管是进口系统还是国产系统都或多或少会出现，调试和维护的工作目的是要让这种现象发生的最少。引起故障的原因各种各样，我们要分析这些原因逐一采取预防措施，以下是引起DCS系统故障的原因的分析及其预防措施。    (1)配置了冗余结构    就目前运行的DCS系统来看，不管是通讯网络、

4、服务器还是现场控制器DPU，都配置了冗余结构，"虽然加大了硬件设备成本和消耗费用，权衡其利害关系，不难得出冗余措施在维持机组安全、稳定方面起到了很大的作用，在发电企业中的广泛应用是毋庸置疑的。但是有一点，当主设备发生故障，热备份状态的冗余设备就必须顶上工作，可目前集团公司所辖发电厂部分机组DCS系统冗余设备的切换就不是很好，有的不能切换，有的自己来回乱切，河津电厂一期工程两台机组采用的日本三菱DIASYS-UP控制系统的DAS服务器也经常出现该情况。这个问题希望各厂家切实解决是非常重要的事情，它是降低DCS系统故障的关键。    OVATION-XP系统

5、在Ovation数据网络、以太网(Ethernet)网络、Ovation控制器、Ovation I/O模块、系统供电电源、处理器电源分配模块、操作员工作站、网络服务器和集线器等方面使用了冗余组态方式，以求获得较高的系统可靠性。当发生下列情况，系统可启动"自动越过功能"，无扰动越过故障，包括:控制处理器故障;网络控制器故障;I/O接口故障;控制处理器的电源被拉开；控制处理器复位;网络部分断线。就目前Ovation其他版本的应用情况来看，备用系统的切换平稳、可靠。Ovation系统的冗余故障预防方面仅需检修和运行人员熟悉系统各部件上的指示灯、声光报警、状态信息图，及时做出准确判

6、断，并对故障部分进行处理和备用恢复。    (2)通讯故障    引起DCS系统故障的另一重要原因是通讯故障。    首先，是通讯负荷过重。该现象较为隐蔽，机组运行操作不频繁时，通讯正常。而操作多时，引起通讯堵塞，通常为事故紧急处理时操作很多。例如:河津电厂一期的DCS覆盖面相对比要少，进行逻辑组态分配时，又严格控制各DPU站的负荷率，保证了数据通讯余量，该DCS系统运行死机故障相对就少。    其次，是通讯电缆连接不牢靠也是引起通讯故障的原因，特别是通讯电缆插头处。而且往往

7、一根电缆出问题容易造成另一根电缆也发生故障。在设备检修时有时触碰到了通讯电缆会使插头出接触不好;有时通讯电缆很长，如连接到操作员站的电缆特别容易，受到干扰。早期DCS系统多采用总线式结构的同轴电缆连接，而现多为双绞线连接，RJ-45接头特容易出现接触不良 从安全通报的情况来看，集团公司内有的厂就出现过通讯电缆接触不好造成操作员站死机的情况。    第三，抗干扰性。计算机控制系统是众多电子、机械部件组成的复杂系统，所处的环境又比较恶劣，因此对系统的干扰因素较多。如大功率电气设备、输电线路的电磁场、无线通讯、雷电等气象变化;自身元器件的热噪声、信号输入输出回路、电源回

8、路干扰等。    OVATION-XP系统在河津电厂的应用情况是，Ovation系统包括了目前DCS系统的所有功能:数据采集系统DAS、模拟量控制系统MCS、炉膛安全监控系统FSSS、数字电液控制系统DEH、汽机危急遮断系统ETS、顺序控制系统SCS、旁路控制系统BPS、电气控制系统ECS、空冷控制系统AIR，并且采用了取消基地式调节仪和减少就地PLC控制，全部纳入DCS的设计思想，涵盖的设备范围非常之大。为了保障各控制站的低CPU通讯负荷，控制站数量、I/O卡件数量较多。Ovation控制器采用高性能奔腾处理器设计，保障了通讯负荷情况。良好的机柜、电源分配模块、

9、转换板等设备的接地设计、双绞线传输信号可以消除电磁场的干扰、信号线屏蔽线可有效防止静电干扰、良好的供电措施等等抗干扰技术的应用都保障了系统具有较强的抗干扰性。使用Ovation系统必需注意的是要加强通讯卡件松动或损坏的情况的检查，尤其是防止强电串入造成DCS卡件损毁;要防止RJ-45接头的松动，尤其是灰尘较大时，更易发生接触不良的情况;网络设备的接口严禁乱接其它设备。    (3)计算机软件故障    在计算机控制系统中，软件的可靠性比硬件的可靠性占有更重要的位置。软件故障主要来源于两个方面:系统软件故障和应用软件故障。系统软件包括操

10、作系统、数据库管理系统及各种编程语言等。    Ovation系统操作系统是用的微软的Windows-XP，视窗系统比UNIX操作系统更容易死机。一则是操作系统本身的稳定性，并且是各类计算机病毒的主要攻击对象，加之PC机提供了极为方便的文件拷贝方式(如USB接口)，技术上必须大力防范，同时加强人员管理;再则就是通常Windows应用软件偶尔会和操作系统发生冲突，Ovation应用软件是一组工具程序的集成，虽然采用了模块化设计技术，但是由于功能比较强大和复杂，重要程度各不相同，又是新开发的基于Windows-XP的版本，应用软件本身也可能有些问题尚未暴露出来。

11、60;   另外，Ovation系统是服务器结构的，服务器要长期读写硬盘，使得硬盘碎片、垃圾文件逐渐增多，硬盘空间变小，严重的会造成硬盘出现坏道、坏扇区，确实有电厂DCS系统由于硬盘容量不够，造成服务器死机。控制系统中除了服务器外，更须严格注意历史数据站的软件运行状态，因为历史数据站对整个控制系统的实时过程数据、报警、SOE、操作员记录提供大容量的存储，使用最为频繁。    (4)环境条件异常是另一重要原因    第一，HVAC系统运行状况。环境原因引起DCS系统故障也要高度重视。系统内有的厂由于空调制冷情况不好，

12、电子间温度升高，导致DPU故障发生切换，如果副DPU也热坏了，问题就严重了。一般认为环境温度以1023为宜。过高不好，过低会引起空气结露也不好。环境温度大于29时，柜内温度已比较高，已对DPU构成危害。Ovation系统大量采用低功耗元件，发热量很小，在一定程度上减轻了对HVAC系统的依赖程度。    第二，电源、柜顶风扇运行状况。电源风扇和柜顶风扇的正常运转是保证DPU正常运转的必要条件。在河津电厂对DCS散热问题是很重视的，每次检修都专门进行检查、更换处理。在调试期日本专家也很重视这个问题，由于河津灰尘较大，就对柜顶的风扇一个一个检查清扫。#1、#2机组的DC

13、S系统服务器放在专门的房间，空间都比较大，散热效果很好，而DAS服务器安装在狭小机柜内，散热效果差一点，这也是房间内DCS计算机运行情况好的一个原因。现在二期Ovation系统已经把所有服务器隔离在一个专门工作室内，DCS系统应较一期要听话多了。    第三，粉尘处理必须注意。当然，环境卫生也不可忽视，过多粉尘侵入设备内部会造成芯片散热差，绝缘下降。在河津电厂#1、#2机实际维护工作中就发现某些电路板工作不正常，清扫积灰后，一切运行良好的情况，也发生过由于工作站内大量积灰，散热风扇损坏，机箱内温度过高，最终导致硬盘损坏的情况。   

14、(5)DCS系统供电电源十分关键    DCS系统供电电源也是引起DCS故障的一个因素。首先是电源故障，引起DCS系统瘫痪，电源切换时间过长，也会造成DCS死机(电源切换时间要少于3ms)。电源是DCS系统一个主要干扰源。防止电源干扰主要是要接好地线(接地电阻要小于2欧姆)。DCS系统接地系统不完善是非常容易造成DCS误信号的，在高电压、大电源、强电磁干扰的环境必须重视接地系统。系统内的机组出现多次不明原因的误发信号，这与接地系统不好是有关系的。Ovation控制器供电有如下特点:冗余供电;二级管脉冲给进确保了可获得连续供电;对完全AC断电后连续输出32毫秒的保持

15、，是一般DCS供电的两倍。选择最小电位(阻值在1欧姆内)接地。三、加强对Ovation系统的管理    (1)加强Ovation系统的软件管理    在DCS系统软件管理方面要加强。在对DCS系统进行维护时软件和数据库的备份管理是DCS的一项重要工作，工作人员在做这项工作时要按制度规定进行。重装或升级软件时注意完整性。对于双网卡计算机不要忘记确认IP地址。对DCS系统设备要按时检查，将故障消灭在萌芽之中，防患于未然，提高DCS系统的可靠性，随时掌握系统的运行状态，建立故障履历台帐，总结经验。    (2)

16、要加强DCS系统的防干扰措施    DCS系统的防干扰也要引起注意。对讲机、手机信号对DCS系统的干扰是毋庸置疑的，区别在于功率的大小和距离的远近，虽然火力发电厂分散控制系统技术规范书要求在距电子设备1.2米以外发出的工作频率达470MHz、功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统正常工作。但一般不易确认干扰源功率，同时为了确保绝对安全，仍要明文规定:电子间全部范围内不允许使用任何无线通讯工具，靠近DCS系统的空间内限制性使用大功率通讯工具。    (3)制定DCS故障的预防措施和应急方案    制定合理的检修周期，配备合适的备品备件，安排适量的检修人员等是控制系统稳定运行的基本要求。这里着重提出的是，对于任何厂家的任何版本DCS控制系统，都要制定DCS故障的紧急处理和停机停炉措施。还有就是要解决Ovation系统计算机重启后I/O初始化的问题及机组的重要安全操作、保护要有直通性，尤其是Ovation系统中的锅炉安全监视保护子