GE燃机MARK Ⅵ控制系统与DCS 通讯故障分析

  860 万 KW发电能力的 F级燃气轮机发电机组均采用目前世界最先进的MARK Ⅵ燃气轮机控制系统, 与之配套的联合循环 DCS 控制系统主要采用美国西屋的 OVATION。从一期的调试运行实际情况看, 这两套控制系统的协同运行存在一些问题, 特别是以太网通讯, 全国各电厂不同程度出现了原因不明的随机通讯故障, 影响了机组正常运行。从 GE 相关资料上得知, 不仅国内, 韩国和台湾省使用这两套控制系统的燃机电厂也频发此类通讯故障。对此,GE 和西屋均采取了不少弥补措施, 包括系统补丁, 但效果均不明显。因此各地设计调试单位只好尽量避免在控制逻辑中使用通讯量, 而转用硬接线, 增加了调试和安装工作的难度。在调试和运行期间也碰到了数次相关通讯故障, 从一开始, 我们就注意记录故障发生点的相关系统状态和信息, 从看似没有规律的随机故障中查找分析其中的必然联系。目前, 已经查知半山机组的通讯故障发生诱因, 不知国内其他 9F 机组是否具有共性, 现将相关信息及解决途径共享出来与同行共同探讨。

  典型的通讯故障现象为: OVATION 侧不定期通讯量全部变成坏点, 无法自愈, 只有重启一对控制器才能消除故障现象。起初我们认为是通讯点过多, 采样频率过密造成的 OVATION控制器 CPU 超负荷; 我们曾经尝试减少通讯点数、 降低刷新频率、 刷新 GE 侧 CRM操作站的 SDB 数据库, 甚至将通讯任务分摊到 2 个不同的控制器组上, 但故障现象依然存在。经过反复试验发现: 除了物理链路中断(如拔除网线)会出现通讯故障外, 还有一种情况也会使VATION 控制器对通讯失去响应:当 MARKⅥ侧的 CRM操作站进行 REBUILD 操作。从 GE 现有资料知道, 各操作站和工程师站的 REBUILD 其实是对 HMB 的编译过程, 即工程师更改了 MARK Ⅵ控制器的M6B 配置文件, 比如增加 EGD 点, 组态软件编译后产生 HMB文件, 对于每一个 HMI都对应分发一个独立的 HMB。用户通过REBUILD 操作编译 HMB 文件, 将配置信息传递给各 HMI站的CIMPLICITY 和 TCI (turbin control interface)。从而能够在 CIMPLICITY过程画面中得到新增的 EGD 点。所以, 当 MARKⅥ控制器的 M6B 文件发生改动, 各 HMI站必须做 REBUILD 操作。值得注意的是: 在各 CRM 站的 REBUILD 过程中, 系统将会停止并重启 cimplicity 和 TCI, 期间会产生一段 GSM数据包的真空期, 也正是在这个时候, OVATION 控制器发生通讯故障,拒绝刷新通讯点。这就不难理解为何 REBUILD 操作会产生和链路中断一样的故障现象。从西屋相关文档中我们知道: OVATION 控制器内嵌类 U- NIX的 VxWorks 操作系统, 该操作系统内核支持 TCP /IP 协议,因此能够担负接收 GE GSM数据包的任务。在其默认配置下,会根据 RFC1323(一种协议标准)定义一个接收窗口和时间戳选项, 当错误包产生时, 只重传标记在窗口缓冲中丢失或错误的帧, 而不是重传全部数据。从而提高 TCP 传输的效率和可靠性。在特殊情况下, 如果系统产生大量错误数据包, TCP 缓冲窗口将立即被错误标签占满, 导致缓冲溢出, 由于 VxWorks 操作系统不具备自动清除缓冲的能力, 从而引发通讯故障, DCS 显示坏点。此时只有重启一对控制器方能清除缓冲溢出错误。由此我们得出通讯故障的发生诱因: 由于 GE HMB 编译方式的特殊性, 在编译过程中 GSM服务必须中断, 期间势必会产生大量错误数据包而造成 OVATION 控制器的缓冲溢出, 从而引发通讯故障。   解决方案：经过反复试验, 我们得出兼顾两个控制系统的解决方案: 不启用 OVATION 控制器的接收缓冲。在VATION 手册中我们得到改变控制器默认接收缓冲的配置方法: 在控制器启动配置文档中不开启该选项。 虽然这样牺牲了一部分通讯性能, 但可以避免发生缓冲溢出错误。具体实现步骤:

1)在 OVATION 的 200 数据库站 C:\OVATION\VXWORKS\DPU\LOAD 目录下, 用文本编辑器打开 TARTUP.SCR 文件,在文件末尾加入 TCP_DO_RFC1323=0 ( 不写这条语句, 系统默认为 1, 即开启接收缓冲)。 2)在DEVLOPESTUDIO 下分别 DOWNLOAD 1 /51 控制器,下载启动配置到负责通讯的控制器。

3)分别重启 1 /51 控制器, 使新配置生效。

更改配置后仍需注意的问题: 1)当 MARK Ⅵ与 OVATION 物理链路中断, 如网线断开或CRM操作站死机等极端情况, OVAION 仍会发生通讯故障。和以往不同的是, 当链路恢复正常时, 通讯能够自愈。 2)当 CRM站做 REBUILD 操作, GSM服务中断时, 通讯量会瞬时出现坏点, 如果 DCS 控制逻辑使用通讯量, 将会对相关自动有一定影响, 因此不建议机组在线时进行 REBUILD 操作。如果必须在线 REBUILD, 运行人员必须监视有通讯量参与的相关自动, 如辅汽压力控制, 燃气加热器温度控制等。防止坏点产生调节波动。 3)我们建议更改 OVATION DCS 逻辑组态的默认规则, 将包含通讯量的相关自动调节模块的坏点检测功能取消, 这样机组相关自动系统的运行将不受通讯量瞬时坏点的影响, 即 CRM站的 REBUILD 操作可在任意时间进行。更改 OVATION控制器网络 TCP 协议启动配置后,经过测试,当 MARK Ⅵ与 OVATION间数据链路发生中断, 通讯能够及时自动恢复正常,无需重启控制器,免去了通讯故障后的人工干预。半山电厂3 台机组做通讯配置更改后,控制系统通讯运行正常。

  近几年来, 工业以太网技术凭借其传输速度高、 容量大、 低成本、 开放性好、 网络拓扑结构灵活等优势, 已从办公商业领域成功进入工业控制领域。国内外电力设备供应商均在其开发的产品中支持以太网通讯协议, 但是以太网通讯相比传统的硬接线方式, 在可靠性和实时性上还存在差距; 因此, 对于机组重要参数和保护信号, 国内还是习惯采用硬接线的方法。