和利时DCS在电厂应用中出现的典型问题探讨

（神华内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021025）

和利时DCS在电厂应用中出现的典型问题探讨

王丽丽

（神华内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021025）

本文介绍了和利时公司的MACS V6分散控制系统（DCS）在国华呼伦贝尔发电有限公司一期工程

控制站；跳闸；存储；交换机

0 引言

国华呼伦贝尔发电公司两台单元机组2×600MW超临界直流空冷炉的控制系统采用和利时自动化工程有限公司的HOLLIYSYS MACS V6.1.5分散控制系统（DCS），在应用过程中，出现了一些值得关注的软、硬件问题，在这里选择了一些有代表性的问题加以分析，并对解决方案加以探讨。

1 和利时DCS在呼伦贝尔电厂应用简介

HOLLiAS MACS6.1.5系统是通过以太网和基于现场总线技术的控制网络连接的，由工程师站、操作员站、现场控制站、通信站、系统服务器组成的综合信息系统。

HOLLiAS MACS6.1.5系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括控制器、电源模块和I/O模块）、通信站、系统服务器、监控网络、系统网络、控制网络等组成。其中监控网络实现工程师站、操作员站、通信站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通信。

HOLLiAS MACS系统软件包括离线组态软件、操作员站软件、服务器软件、现场控制器运行软件、工具包等。

监控网络(M-NET)由10M/100M冗余以太网络构成，用于系统服务器与工程师站、操作站、高级计算站等的连接。完成工程师站的数据下装，操作员站、高级计算站等的在线数据通讯。系统网络(S-NET)由10M/100M实时以太网络或ARCNET网络构成，用于系统服务器与现场控制站、通信控制站等的连接。完成现场控制站、通信控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。控制网络(C-NET)由ProfiBus-DP构成，可兼容CAN、FF、MODBUS等多种现场总线网络，用来与现场控制站主控单元和过程I/O单元通信，完成实时输入、输出数据传送服务的专用网络系统。如图1所示。

2 应用过程中的典型问题分析与处理

2.1 多个控制站频繁出现短时间停止工作后又自动恢复正常

该情况在机组调试时期多次发生，经反复查找、分析，认为是现场发生的复位问题，由DB25预制电缆接头24V插针短路造成（在接线过程中发生24V短路几率大）。在查看#1电子间接线机柜时，发现不论是在正在接线的，还是没有接线的，DB25芯电缆都是悬空的，再观测端子旁边有螺柱，螺柱安装在机柜的外壳上，DB25芯电缆的DB25

针头，很容易碰到机柜的螺柱而造成24V短路。为此，进行试验，人为把DB25针头的24V与螺柱搭接，发现对应的主控同时复位了，示波器观察机笼内的5V电压，发现有一个明显的电压跌落后恢复的过程，电压最小跌落到了3.5V，时间持续十几个ms，这足以使主控制器复位。据此判断为24V短路，导致的主控制器复位。

发现该问题后，立即规范基建过程中的接线流程，避免将DB25预制电缆接头随意放置；在机组检修维护过程中，如需将该接头拔出，则必须采用胶布（带）将接头部分进行封闭，严禁该接头直接与机柜螺柱接触。

2.2 用于机组主控和重要辅机系统的DCS 的控制处理器应冗余配置[1]，#1机组DCS系统控制站均冗余配置。升级后16号控制站控制器B机反复重启

#1机组DCS系统升级后，查设备报警时发现有16号控制站频繁出现B机故障报警信息，调出历史趋势曲线，发现16号站多次出现停止工作一段时间后又恢复正常的现象。电子间检查，发现16号控制站B机频繁出现重启后失败，经判断为16号控制站B机故障。分析控制器反复重启的原因，主要有：

1）从RTSloader.log日志上分析，批量更新主控时，没有更新16号站的B机，导致B机的控制器程序和IOserver程序不一致。

2）因控制器A机与B机两个版本的变量表结构不一致，导致控制器解析变量表时产生复位。

3）控制器复位重启后，当再次定义变量表不成功，会再次给控制器定义变量表，在给B机定义变量表时，IOSERVER不能刷新A机周期数据。

该问题提醒，机组运行过程中应避免系统升级，升级时应加强对控制站工作状态的监控，发现异常应立即进行处理，避免事态扩大。此外，机组运行过程中某控制站A机或B机发生故障需要更换时，应用RTSLODER程序对该冗余控制器进行更新，确认两台控制器为同一版本。

2.3 DCS I/O卡件隔离功能问题

1）在验证DCS卡件三重隔离功能试验[2]时，因人为引入220V电压致使某控制站一块数字量输入（DI）端子板损坏

经查，和利时DI卡件的设计原理为共负端设计，即负端没有设计隔离。其好处是以负端为一基准，能准确的扫描出输入卡件内各个信号是接通还是断开。这种设计在多个现场使用。考虑北方比较干燥，现场信号发生接地和绝缘的故障相对较少，所以DI卡件保持共负端设计有可取之处，但一旦有强电窜入，将导致故障扩大。

2）模拟量输入（AI）模块通道问题

AI模块因串入强电而烧坏。#1机组DCS中A、D、G磨的煤仓料位信号在DCS画面中均显示为坏值。

经检查发现A、D、G磨煤仓料位信号串入120VDC强电。进一步查找分析发现煤仓料位信号由现场接至DCS的模拟量输入模块，采用外供电方式，即现场料位计为2路电源线，2路信号线。而#1机组中所有料位计的4根进线（2路电源线，2路信号线）都是从同一个接线管中穿出，因现场施工等原因又使电源线和信号线有破皮情况，最终导致信号线中长期串入强电，烧坏模拟量输入模块通道。

图 1 机组DCS网络示意图Fig.1 Unit DCS network diagram

图2 信号传输延时引起起磨煤机RB误动作历史记录及曲线Fig.2 Signal transmission delay caused by the coal mill RB misoperation history records and curve

图3 16:00:00—16:00:04 SYS_COUNTER13值跳跃并拉平记录Fig.3 16:00:00-16:00:04 SYS_COUNTER13 Value jumps and flattening record

图4 16:50:00—16:50:04 SYS_COUNTER13值跳跃并拉平记录Fig.4 16:50:00-16:50:04 SYS_COUNTER13 Value jumps and flattening record

这两个问题提醒，在现场施工过程中应规范施工工艺，避免卡件串入强电而损坏；生产期间，也应加强现场管理，对基建期遗留的诸如电源线与信号线未分开走线等问题加强治理，同时在大小修期间应规范检修工艺，避免由电缆串入强电烧坏卡件，或致卡件信号大范围波动，从而引起设备误动。同时还应注意对可能引入干扰的现场设备除检查回路接线应完好外，还应对该设备加装屏蔽罩[3]。

2.4 触发EH油泵跳闸的信号发出3min后EH油泵才跳闸

#2机组EH油泵B跳闸条件EH 油箱液位低低信号发出3.5min后EH油泵发出跳闸信号。

经分析引起EH油泵B发出跳闸指令的原因，可能来自EH油箱液位低低信号，因该信号在数据记录中发现经常有持续时间为500MS左右的抖动（此为现场来的信号）。该信号通过网络变量传递到另一个站去跳EH油泵B，目前设置的网络变量的传输时间为1S，但有可能发生网络变量抖动误传输引起跳闸。

针对该现象采取相应措施：全面普查逻辑，对于单点信号的保护，如果不是太紧急的，在逻辑中加1～2s的延时，以消除现场开关信号的接点抖动信号。同时对于重要的站间传输的保护信号，均改用硬接线连接[4]。

2.5 控制站统一切成A机为主控时，MFT首出给水流量低二值信号但保护实际未动作

控制站为冗余配置，主机和从机之间应实现无扰切换[5]。本现场DCS经过一段时间运行后，控制站有A控制器为主机，也有B控制器为主机的现象，为统一管理，将DCS控制站统一切成A机为主控，此时发生给水流量低二值信号首出报警（实际给水流量并未低二值），但MFT未动作。检查历史记录及逻辑组态，发现组态程序变量说明区中有一项为掉电保护RETAIN，部分组态方案页中未加此项，导致从机没有记忆之前主机中的参数，在主从控制器切换时状态发生翻转。当时#21控制站的给水流量低低的压力-温度计算焓值功能块的赋值端被打断，致使主控切换时状态由TRUE翻转为FALSE，使功能块输出由水侧参数1变为汽侧参数0参与计算，从而给水流量低二值信号发出。通过硬接线，此信号被传送至#10控制站去发MFT及首出，但当时因MFT被强制输出为0，因而未动作。

事后全面检查主机DCS、脱硫DCS组态程序变量说明区，将未加掉电保护的方案页全部添加掉电保护RETAIN，防止同类型隐患存在；添加完掉电保护项后反复试验，确认类似问题未再发生。

2.6 DCS增加硬点编译过程中异常现象分析

因现场需要，#2机组3个控制站中增加11个测点，现

场控制站相应增加模拟量输出模块、开关量输出模块各两块。但在工程编译过程中，工程师站提示“历史数据超过20MBIT”报警，致使编译工作无法正常进行。

经分析，和利时DCS历史数据最大容量为20MBIT，超过此极限时编译便无法进行。此问题可通过二个措施解决：删除无用的中间变量点释放出一部分空间（但会使备用中间点变少，为以后逻辑修改增加变量点带来困难），或将数据库中模拟量的采集周期HISCP由2个周期（1S）改为4或6个周期（2或3S），因和利时系统设计时只有模拟量有采集周期，开关量是变位采集，无采集周期。所以只能更改模拟量的采集周期。采集周期变长后，系统的历史容量将被释放一部分。但是更改采集周期，会导致部分短脉冲（小于采集周期时间长度）的历史数据采集不到。因此，只能对一些不重要的测点才能采用该方案。

2.7 单侧系统网和监控网故障，随后自动恢复正常。

该问题在公用系统及#2机组DCS分别出现过。经分析，呼伦贝尔发电公司交换机为模块化千兆上联交换机，可网管，卡轨安装交换机，与控制站相联的为百兆端口，而和利时DCS设备自身采用的以太网传输接口，前端为10M半双工工作模式。在数据量大的情况下会有碰撞发生，可能会发现丢包现象，关系到其设备内部的一系列因素，导致与交换机通信时数据冲突和碎片数量极大。在极端情况下，冲突和碎片瞬间暴增，交换机数据芯片接收到高频率的数据时，会认为交换机受到恶意数据攻击，从而触发交换机内部的保护机制，将相关端口置于保护状态。当数据接收频率高于警戒值时，交换机芯片响应出现问题，进而交换机自行重启。

为解决该问题，交换机厂两次到现场，利用机组停运机会对交换机进行优化，将系统网络的交换机设置由原来的百兆自适应端口改为与和利时DCS控制站传输速率相匹配的10兆半双式模式。修改后，系统网络将不再具备自动保护功能，即使数据发生异常，交换机也不会重新自启动。

2.8 网络变量传输时间原因引起磨煤机RB误动作

2012年9月21日10时46分，国华呼伦贝尔发电公司#2机组发生磨煤机RB误动作事件，综合当时曲线及记录，热控专业人员分析当时事件发生具体顺序如下：

1）10时46分20秒229ms，#2机组磨煤机F跳闸（来自SOE历史记录）。

2）10时46分21秒592ms，#2机组磨煤机A合闸（来自SOE历史记录）。

3）10时46分22秒398ms，RB触发（来自SOE历史记录）。

4）10时46分22秒，机组最大允许负荷常数575（来自历史曲线记录）。

5）10时46分23秒，机组最大允许负荷常数460（来自历史曲线记录）。

6）10时46分24秒，燃料允许出力RB动作（来自历史曲线记录）。

从控制逻辑组态图上看，#2机组磨煤机F跳闸后，机组最大允许负荷应立即从575降低至460，中间无延时；但从DCS上述记录中看，自#2机组磨煤机F跳闸，至机组最大允许负荷降低至460，中间存在2s～3s延时。经检查，发现#2机组F磨煤机所在#16控制站网络变量 “WRITE”属性中，网络变量传输时间间隔设置为“T#1s0ms”，即#16控制站1秒钟向外发送一次网络变量包，再综合两控制站本身各自扫描周期为100ms，因此从#16控制站采集数据，发送到#18控制站，并进行处理总体延时最多不应超过1.5s时间，但此次延时时间大于2s延时，引起起磨煤机RB误动作，如图2所示。

在呼伦贝尔发电公司现场，控制站与控制站之间的通信，除部分采用硬接线外，还有部分采用网络变量的形式，同时网络变量中存在大量的保护连锁信号。网络变量传输时间设置统一为1s，周期性传输，网络变量的传输时间，虽然可以根据用户的要求进行设置，最小传输时间可设置为500ms，但考虑到修改传输时间可能会存在导致网络通信负荷率增加的风险，在DCS厂家没有给出必要的全面评估的情况下，暂时没有更改网络变量的传输时间。预防措施是对于影响机组跳闸的保护逻辑的重要点信号进行排查，确保均使用硬接线方式通讯，保证机组设备安全。

2.9 机组负荷曲线等和SYS_COUNTER值发生跳跃并拉平，4s之后自动恢复正常

根据现场发回的历史数据和日志， #1机组在2013年1月1日16:00:00～16:00:04之间，所有的SYS_COUNTER值发生了跳跃并拉平，如图3所示。在16:50:00～16:50:04之间也出现了这种情况，如图4所示。

经了解，和利时DCS模拟量数据收集存储机制为历史服务对模拟量数据进行周期采集与存储。历史服务有两个收集缓冲区（A区和B区），每个缓冲区可以存储10min的模拟量数据，按照数据收集时间将数据存储到对应的内存地址，两个缓冲区用来轮流切换使用。在整点10min时，将A区收集缓冲区中的数据存成历史文件，数据收集使用收集缓冲区B。在数据收集时，有一个“向后补5拍数据”的机制，即每收集到一个模拟量数据，对之后缓冲区的5个内存地址填充同样的值，如果当前收集缓冲区已经存满（存文件时），则补到另一段缓冲区的头部。

据上机制，按时序对分析图3问题（图3和图4为同一现象）：

1）16:10:00整点历史服务触发存文件，将收集区A中的数据存入文件ANAHIST96.dat（第一次存文件），收集区B开始收集下个10min数据。此时发生了向前1s的校时。

2）历史服务检测到向前校时到16:09:59，收集到的模拟量数据存入收集区B，补拍的5个数据则存入到了收集区A的头部，对应16:00:00到16:00:04的模拟量数据。

3）等到16:10:00，触发第二次存文件，把收集区B的数据存入文件ANAHIST96.dat。但是，由于第一次存文件还没有结束（到16:10:02才结束），导致第二次存文件没有成功。所以，被改写后的A缓冲区的数据被保存了下来，造成了16:00:00～16:00:04时间段出现跳跃拉平。“机组实际负荷”的跳跃拉平的原因同上。

其实在16:00:00～16:00:04s，所有的模拟量数据，都出现了该问题，但是某些模拟量，16:10:00的数据和16:00:00的数据差别不大，故没有表现出跳跃拉平的情况。由以上分析可得出在整点10min，历史服务进行存储文件时，发生了向前1s的校时，造成历史数据有误。该问题的出现，条件要求很多，属于偶发事件，且机组运行的数据实际没有发生跳跃拉平。

将出问题时的主服务器进行注销操作作为临时解决方案，后利用机组停运机会将服务器校时时间改为错开在整10min点校时，此问题得到解决。

3 结束语

目前在线运行的所有DCS，都发生过各式各样的问题。运行中DCS发生问题不足为奇，重要的是能及时找到解决方案并予以解决。和利时DCS在国华呼伦贝尔发电公司几年的运行证明是成功的，且通过这些问题的发现并解决，使机组分散控制系统的安全性、实用性都有了极大地提高。

[1]DL/T 1083-2008火力发电厂分散控制系统技术条件[S]．北京：中国电力出版社,2008．

[2]DL/T 659-2006火力发电厂分散控制系统验收测试规程[S]．北京：中国电力出版社,2007．

[3]DL/T 774 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程．

[4]HG/T 20511-2000 信号报警、安全联锁系统设计规定 [S]．北京：中国电力出版社,2000．

[5]火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M]．北京：中国电力出版社,2010．

要打造工业化和信息化深度融合的高地，让中国创新走得更快更远。西部地区也要立足创新，做大做强特色优势产业，实现跨越式发展。

向晓波：自主创新是重庆川仪的精神图腾

29日，记者走进位于重庆北碚区蔡家的四联集团产品展厅，迎面而来的是一句醒目的“创新是一个名族进步的灵魂”标语。重庆川仪董事长向晓波告诉记者，这句话已经是企业的精神图腾。

实际上，如今走在自主创新前列的重庆川仪，也曾因创新能力的缺失陷入非常危险的境地。向晓波告诉记者，上世纪80年代，重庆川仪引进了大量国外技术，可在90年代国外技术实现了数字化的突破，此前所购的技术已远远不适应时代的需要。

而此时国外企业已在国内逐步打开了市场，所以不愿意出售技术，这让川仪在内的许多企业备受苦恼，有些企业甚至因此纷纷倒闭。

困则思变。“进入21世纪后，重庆川仪正式把创新摆在了首要位置。”向晓波说，为了打破国外的技术壁垒束缚，最初，川仪选拔了30多个优秀人才，针对数字化产品进行攻坚。创新由此破局。时至今日，在重庆川仪，专门从事研发的技术人员就有700多人。按照规划，在创新投入方面，每年都将持续加大整体投入的力度。

一种技术的诞生，可以短暂地改造一个乃至一连串的传统产业，而一种观念的更新，却可以不断重塑产品结构，帮助企业长久不衰。向晓波认为：“创新不是一杯随时解渴的水，它应该内化为整个企业精神的重要组成部分和每个员工的意识形态，更需要通过科学创新的制度保障其长效实施。”

“我们是有强大潜力可以激发的，把这股宝贵的自主创新劲头传承下去，内化为企业‘气质’，打造全球工业过程自动化仪表领先企业的目标一定能实现。”对于自主创新，向晓波信心满怀。

（据人民网4月30日消息， 原标题：李克强重庆考察企业技术创新 科研人员称备受鼓舞 作者： 刘政宁， 高缘）

Discussion on Typical Problems of Hollysys DCS in Power Generation

Wang Lili
（Shen hua Inner Mongolia Guohua Hulunbuir Power Generation Co.,Ltd.,Hulunbuir Inner Mongolia 021025,China）

The MACS V6 Distributed Control System (DCS) of Holiysys company typical problems which appeared in the process of application in the first phase of the 2 x 600 MW supercritical Units in Guohua Hulunbeir Power Generation co., LTD., were introduced in this paper, and its solution were discussed, aimed at solving practical problems existed in the domestic DCS with professional personnel of Hollysys company and the industry the application of the same kind of DCS, By investigation, experiment, scientific computing, technology improvement etc. With making full use of technological resources at home and abroad, applicatting modern science and the test method, mining deep-seated problems from practice.

control station; trip; Storage; switchboard

TK323

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.010

2014-04-19

王丽丽(1974-），女，本科，工程师，从事火力发电厂热控管理与维护工作。

（2×600MW）超临界机组应用过程中出现的典型问题，并对其解决方案进行探讨，旨在与和利时公司及行业内各应用同类型DCS的专业技术人员一起，充分利用国内外技术资源，应用现代科学和试验手段，从实践中挖掘存在的深层次问题。通过调研、试验、科学计算、技术改进等方式，切实解决国产DCS技术目前所存在的实际问题。