1、DCS系统概述 随着火电厂机组容量和运行参数的不断提高，DCS在生产中益发重要，其安全、可靠运行与机组安全、稳定运行息息相关，所以非常有必要分析DCS系统运行中出现的各类问题，采取措施提高DCS系统的安全可靠性。
分散控制系统（Distributed Control System）英文缩写为DCS，在国内外电力、石油、化工、冶金、轻工等生产领域特别是大型发电机组有着较为广泛的应用。 2、DCS在生产过程中的故障情况 各品牌DCS均有自身特点，其故障现象和处理也不尽相同，但归纳起来可分为三大类：
（1）、系统本身问题故障，包括设计安装缺陷、软硬件故障等；
（2）、人为因素造成的故障；
（3）系统外部环境问题造成DCS故障。 2.1 DCS系统本身问题故障实例 此类故障在生产过程中较为常见，主要包括系统设计安装缺陷，控制器（DPU或CPU）死机、脱网等故障，操作员站黑屏，网络通讯堵塞，软件存在缺陷，系统配置较低，系统接口问题等。 2.1.1电源及接地问题： 某电厂DCS电源系统采用的是ABB公司Symphony III型电源，基建时按照II型电源的接地方式进行安装。机组投产后发生多次DCS模件故障、信号跳变、硬件烧坏的情况；河南某电厂基建期间DCS接地网制作安装存在问题，系统运行后出现所有温度测点周期波动现象；某电厂因电源连线松动而导致汽机侧控制系统失效。 经验教训：DCS没有良好的接地系统和合理的电缆屏蔽，不仅系统干扰大，控制系统易误发信号，还易使模件损坏。因此，DCS电源设计配置要合理并有一定余量；DCS接地严格遵守制造厂技术要求（如制造厂无特殊说明，按照DL/T774规定执行）。 2.1.2 系统配置问题： （1）浙江某电厂2*330MW机组试生产3个月内DCS（T-ME/XP系统）频繁故障和死机造成机组多次停运事故。经分析存在开关量冗余配置、硬件配置不匹配、下层T-ME通讯总线符合率过高等问题。 （2）某电厂200MW机组DCS改造，系统配置负荷率计算不准且为了减少投资，技术指标接近允许极限，调试时个别控制器的负荷率超过90%，个别软手操响应接近1min。后经重新增加配置，问题才得以解决。 （3）某电厂300MW机组新华XDPS-400系统历史站频繁死机，经检查发现该站运行历史数据记录、虚拟DPU、性能计算、报表等多个程序。后把程序合理分配至其他站问题解决。 2.1.3 控制器（DPU或CPU）故障 某电厂300MW机组HIACS-5000CM操作系统F3S1的主CPU故障，从CPU未能切主控，设备无法操作。对故障CPU执行在线更换步序至停电时，从CUP切换主控CPU成功，更换故障CPU后系统正常。 2.1.4网络通讯故障 （1）ABB早期某批次SYMPHONY出现同一PCU机柜内不同控制器之间通讯数据不一致的情况，升级固件后问题得到解决。 （2）某电厂600MW机组汽轮机所有调门突然大幅摆动，经检查为M5控制器转速信号由3000r/min 变成了0r/min，且M3、M5控制器间通讯出现掉数据现象，引起调门大幅摆动。采取措施：对PCU 控制总线通讯信号进行多重化处理，并对通讯信号增加延时；重要通讯信号采用通讯冗余。 2.1.5 DCS软件问题 （1）某电厂300MW供热机组DCS调试过程中未对测点品质参数进行设定，致使其测点只有在断线的情况下才认为是坏品质，未起到品质校验功能。 （2）某电厂除氧器水位控制回路逻辑由高加水位控制逻辑拷贝修改而成，修改过程不彻底，PID参数未根据除氧器情况整定，造成运行中除氧器上水门发散调节，调节品质恶化。采取措施：检查逻辑，重新整定PID参数。 2.1.6 系统接口问题 某电厂200MW供热机组电气并网信号至DEH只有一路，机组正常运行过程中该电气并网辅助接点出现抖动，造成汽轮机跳闸。采取措施：使用屏蔽通讯电缆，增加冗余接点信号，并进行3取2逻辑判断。 2.2 人为因素造成DCS故障实例 人为因素造成DCS的故障，生产过程中也较为常见。包括误操作、管理制度不完善及未按规定执行工作步骤等。 2.2.1 未按规定执行工作步骤 某电厂新华XDPS系统DEH的#12DPU故障，对其在线更换，使用的是小机MEH系统DPU备品。更换DPU后，只拷贝逻辑而未写电子磁盘。遇机组检修#12DPU成为主控，由于其逻辑为MEH逻辑而非DEH逻辑，造成人机接口站数据频闪、画面显示不正常、无法操作。后拷贝DEH逻辑并写盘后正常。 2.2.2 人员误操作 某电厂机组运行中，在进行处理缺陷时工作人员误动DCS继电器柜继电器造成引风机跳闸，锅炉MFT；某电厂DCS卡件故障，在进行更换卡件过程中，由于工作人员未认真核对设备、卡件跳线错误，导致新更换的卡件烧损。 2.2.3 管理制度不完善 某电厂操作员站管理不严，主机USB端口及光驱未进行有效封闭，个别运行人员夜班期间利用操作员站玩游戏、看电影，导致操作员站死机；某电厂DCS系统管理制度不完善，未对软件升级、备份等工作进行规定。其辅网水处理POK1操作员站软件升级未进行备份，后该站硬盘出现故障，进行系统恢复导致与网络通讯不正常。 2.3 外部环境因素造成DCS故障实例 外部环境因素造成DCS故障的数量相对较少，但在实际生产过程中也时有发生。如环境温、湿度、粉尘过高以及小动物等因素造成异常。 （1）某电厂电子间风道口处于DPU机柜上方，机组运行中消防水流入风道，导致DPU、服务器等设备进水烧损，机组停运。 （2）某电厂循环水泵房远程IO柜，由于封堵不严造成老鼠窜入，在机柜内构筑巢穴，造成远程IO脱网。 （3）某电厂电子间封闭性较差，卡件、DPU积灰较严重，多次出现故障。在采取完善电子间封闭、加装空调等措施后，故障基本杜绝。 3、DCS系统故障防范及维护措施 诸多故障实例表明，降低DCS系统的故障几率，必须做好DCS从选型设计到运行启停维护全方位工作。 3.1DCS的选型设计调试 3.1.1 系统和控制器的配置要重点考虑可靠性和负荷率（包括冗余度）指标。通讯负荷率必须控制在合理范围内，控制器的负荷率尽可能均衡，避免“高负荷”问题的发生。 3.1.2系统控制逻辑的分配，不宜过分集中在某个控制器上，主要控制器应采用冗余配置。 3.1.3电源设计必须合理可靠。注意电源设计的负荷率和电源的冗余配置方式，保证两路独立电源。 3.1.4注重DCS系统接口的可靠性，注意重要接口的接口方式和冗余度。 3.1.5 DCS系统接地按厂家要求执行，避免接地问题造成系统大面积故障。应注重考虑系统的抗干扰措施，I/O通道应强调隔离措施。重视电缆质量与屏蔽，重要信号及控制使用计算机专用通讯屏蔽电缆。 3.1.6根据设备运行特点和各种工况下机组处理紧急故障的要求，配置操作员站和后备手操装置。紧急停机停炉按钮配置，应采用与DCS分开的单独操作回路。 3.1.7对于保护系统，采用多重化信号摄取法。合理使用闭锁条件，使信号回路具有逻辑判断能力。 3.1.8调试期间按照调试大纲、办法，对所有逻辑、回路、工况进行测试，确保各参数设置正确合理。 3.2 DCS运行、启停维护 3.2.1做好维护准备工作 DCS系统的维护需做好以下准备工作： （1）维护人员应熟悉DCS系统结构和功能构成，了解系统设备硬件知识，熟练掌握DCS组态软件。 （2）系统备份：包括操作系统、控制系统软件、逻辑组态，确保数据完整和最新。优先采用光盘，使用移动硬盘、U盘等保证专盘专用。 （3）硬件储备: 对易损、使用周期短的部件和关键部件作适量的备份，保证各类型卡件、模块备品不少于1个，并按照制造厂要求存放，如有条件应对备品进行校验。 （4）整理产品售后服务范围、时间表，形成DCS厂家、设计调试单位技术支持通信录。 3.2.2 日常维护 系统的日常维护是DCS稳定运行的基础，主要包括以下几点： （1）根据25项反措要求、DL/T774检修维护规程等文件规定，完善DCS系统管理制度。 （2）电子间封闭良好，保证温湿度、空气洁净度符合制造厂规定。可将电子间的环境温度信号引入DCS监测。 （3）每天检查系统各机柜风扇是否工作正常，风道有无阻塞。 （4）保证系统供电电源质量且为两路电源可靠供电，当任一电源失去即报警。 （5）电子间禁止使用无线通讯工具，避免电磁场对系统的干扰，避免拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等。 （6）规范DCS系统软件和应用软件管理，软件的修改、更新、升级必须履行审批授权及负责人制度。做好主机USB端口、光驱等的封闭管理工作。 （7）做好各控制回路的PID参数、调节器正反作用等系统数据记录工作。 （8）检查控制主机、显示器、鼠标、键盘等硬件是否完好，画面是否正常。查看故障诊断画面，是否有故障提示。 （9）DCS设备包括DPU、人机接口站等上电应按照一定次序逐一进行，每台设备上电观察正常后再进行下一设备操作。 （10）定期对DCS主系统及与主系统连接的所有相关系统的通信负荷率进行在线测试。检查冗余主从设备状态，条件许可时或定期进行主从设备切换。 (11)对重要组态页进行中文描述；编制试验操作卡并保证随时更新。规范DCS组态作业，运行中尽量不做重大组态修改。 （12）定期逐台重新启动所有人机接口站一次（建议2、3个月左右），以消除计算机长期运行的累计误差。 3.2.3 停运维护 机组检修期间应对DCS 系统应进行彻底的维护，主要包括: （1）利用机组检修时间逐个复位DCS系统的DPU、CPU和操作员站及数据站；删除组态中的无效I/O点，对组态进行优化。 （2）系统冗余测试: 对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络进行冗余测试。注意系统各设备停电时，主从设备切换、网络、人机接口站是否正常；系统检修重新上电后对各设备进行切换测试。 （3）系统灰尘清除：系统停运对所有设备进行清扫吹灰，包括主机、控制站机笼、机柜滤网、风扇等部件的灰尘清理。 （4）接地系统检修。包括端子检查、对地电阻测试；系统供电线路检修，并对UPS进行供电能力测试；注意检查DPU主机CMOS电池电量，防止CMOS数据丢失。 （5）检查DCS系统和其他系统的接口，重要信号冗余处理，与其他系统的通信其具体情况采取单向传输和加装防火墙措施。 （6）系统上电：系统大修后维护负责人确认条件具备，严格遵照上电步骤进行。 3.2.4 故障检修维护 DCS故障检修主要做好以下工作: （1）充分做好包括DPU（CPU）死机、网络通讯崩溃在内的各种事故预想，制定应急预案，出现异常按照预案展开工作。 （2）处理DCS故障按制造厂要求进行，更换前确认卡件模块型号、地址、跳线等与被更换卡件一致，严格执行在线更换程序。 （3）故障检修应避免抢修冒进，必须做好DCS强制和隔离措施。要根据DCS系统自诊断报警、故障现象进行分析判断，通过报警的消除来验证维修结果。 （4）如出现较大规模的硬件故障、原因不明或超出维护人员技术水平的故障时，除采取紧急更换备件外，要及时和厂家取得联系，由DCS技术支持进一步确认和排除故障。 4、结束语 DCS系统应进行从设计、施工、调试、运行维护进行全过程全方位管理。作为系统维护人员要根据系统配置和生产运行特点，制定科学合理的维护策略和方法，加强系统维护，对运行中出现的故障，具体问题具体分析，及时处理，确保DCS系统稳定可靠运行。
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