350mW机组总线系统升级

李 红

阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048102

0 引言

阳城国际发电有限责任公司DCS控制系统原采用德国西门子公司生产的TELEPERM XP分散控制系统，该系统由OM650运行监控系统、AS620自动系统、TXP总线系统和ES680工程师站4个子系统组成，具有控制生产过程所必需的自动处理、操作、监视、记录等多项功能，每项功能由各自独立的子系统负责实现，形成一个完整的过程控制系统。

1 SIMATIC NET总线概述

SIMATIC NET总线系统以星型藕合器作为该工业以太网的中心组件，常用模件有：ENT10515－R（交流电源模件）、OYDE－SUC（光纤接口卡）、ECTP3（多端口双绞线接口卡）、ECAU（双转换器接口卡）、HSSM（星型藕合器管理卡）。星型藕合器将分散布局的AS620自动系统、OM650运行监控系统、ES680工程师站、主时钟等连接在一起成为一个互通的网络，使得诸如主时钟对整个网络的同期、ES680对控制系统的组态等多项功能得以实现，同时实时采集现场的各种物理量，参与生产系统的监视及控制，进而实现对整个热力系统的控制[1]。

2 总线系统现状及存在的问题

阳城国际发电有限责任公司总线系统属于SIEMENS公司1996年左右的产品，总体来说技术已经落后，运行和维护方面都存在着很大的弊端，具体表现在以下几个方面：

1）总线系统带宽仅为10M，与上层网络形成了一定的瓶颈，在有大量数据调用的情况下运行极不稳定。2005年9月5日，#1机组因终端总线负荷过高导致运行中的OM650系统全部瘫痪，运行人员无法进行正常的监视和操作，就地设备失去监视长达3个小时，为此SIEMENS公司多次安装系统补丁程序，但未能阻止该类故障的再次发生；

2）在机组正常运行过程中经常发诸如“通讯连接故障”等不明原因的报警，严重威胁机组的安全运行，曾有过两AP间信号经工厂总线传送后信号值出错、机组RB的情况发生；

3）为总线系统供电的机组逆变段曾多次故障，存在总线系统失电，信号传输全部中断的严重安全隐患。如果终端总线失电，OM650系统画面将全部失去监视；如果工厂总线失电，则4台处理单元全部停运、AS620系统各AP间信号传输中断，这必将导致机组跳机；

4）星型藕合器不间断运行十多年后，机架、模件都出现老化现象。多台机组的星型藕合器电源模件已经更换，且在线更换电源模件时极易因电压波动导致冗余侧电源模件故障，使相应总线系统失电。2008年2月8日，#4机组终端总线星型藕合器机架故障导致运行中的OM650系统全部瘫痪；

5）星型藕合器所用模件停产直接导致备件的采购难度加大，采购费用升高，总线系统的维护成本一直居高不下。

3 总线系统升级简述

3.1 总线系统介绍

OSM ITP62是西门子公司近期推出的一种100M工业以太网数据交换机，采用两路冗余24V直流电源输入，有6个电口、2对光口，带有网络管理功能，具有更大的灵活性和更高的可靠性，在工业生产中得到广泛的应用。OSM ITP62用户可以通过支持JAVA界面的计算机登录相应OSM ITP62的操作系统，了解该OSM ITP62的软硬件版本、每个端口的配置及该端口的数据包传送情况，并可以通过对Learning表的设置，改变总线系统中数据的通讯方式，方便了对OSM ITP62的管理。目前所用OSM ITP62的具体软硬件配置如表1所示。

表1 OSM ITP62软硬件配置

为了提高总线通讯的可靠性，总线系统仍采用虚拟环网的形式，即通过OSM ITP62交换机顶部的DIP（Dual Inline Package）开关设置一个RM（Redundancy Manager）断点。当OSM ITP62 检测到本交换机上某点通讯故障时，RM 断点自动闭合，总线通讯立即恢复，保证了网络环上各设备间的正常通讯。

3.2 总线系统升级过程中硬件方面需完成的工作

图1 升级后系统拓扑图

1）将星型藕合器拆除后，在已有机柜上固定新的支架和安装条以便安装OSM ITP62，每套OSM ITP62设备采用两路独立的24V直流电源；

2）通过OSM ITP62交换机顶部的DIP开关设置一个RM断点，以便某点通讯中断时，立即进行断点恢复，实现总线的冗余；

3）OSM ITP62上电后，设定每个OSM ITP62设备的IP地址；

4）为了保证运行设备的正常工作，在新旧系统交接时，先更换一侧星型藕合器，待OSM ITP62工作正常、DCS系统及所有OM650系统画面显示无误后再更换另一侧星型藕合器；

5）采用工业以太网数据交换机OSM ITP62代替原来的MR8-03型网桥，确保两台机组OM650系统之间通讯正常。

终端总线由于OM650系统计算机通讯接口及安装位置改变需要重新布线，而工厂总线仍使用升级前的ITP通讯电缆。从安全的角度出发，电缆连接的基本原则是把所有AP、PU、SU的a侧与b侧分布在不同的OSM ITP62设备，以实现a、b侧的冗余，对于OT则均匀分布在不同的OSM ITP62设备，防止单个OSM ITP62设备故障时所有画面都失去监视，升级后的系统拓扑图如图1。

3.3 软件方面需完成的工作

软件方面需在拓扑图中将星型藕合器图符更换为OSM图符，并按照各通讯电缆的实际连接情况更改拓扑图，以重新生传最新的LAN数据，同时生传其它相关代码。

3.4 升级结束后的检查验收工作

1）OM650系统画面显示是否正常，重点检查公用系统信号的显示；

2）通过报表系统检查是否存在与总线系统升级相关的报警；

3）逐一传送AP的全代码后，检查相关设备的运行情况；

4）总线系统通讯质量检测，如有无严重的丢包现象、网络负荷是否在正常范围等。

4 升级过程中发现问题及其处理

虽然在总线系统升级前进行了充分的准备工作，但在升级的过程中仍然不可避免的遇到了许多比较棘手的问题，如励磁设备SIMADYN D与其它AP通讯中断、光缆连接不当导致OM650系统报警频发等。

1）#4机组总线系统升级时，在更换OSM ITP62设备、连接所有通讯电缆后，所有设备运行正常，画面信号显示无误，但在传送AS620自动系统所有AP的离线代码后，励磁设备SIMADYN D与其它AP通讯中断且机柜中EM11模件上的LED16、LED18故障灯常亮。后经检查后，发现在下载离线代码时，励磁柜中CS11模件中的传输服务访问点（TSAP，负责通讯数据的定义）内容已经被改变，最后通过PG740将正确的NML程序成功下载至CSH11模件，恢复了励磁柜与其它设备间的通讯；

2）工厂总线光缆插错导致OM650系统频发大量报警。在#2机组工厂总线升级结束后，画面显示、通讯一切都正常，但报表系统频发诸如“AS STRUCTURE AP* Rec. 2 DMZ conn.flt”的大量报警信息。经研究分析，问题可能出在总线系统通讯电缆连接上：是否完全按照拓扑图设计连接、光缆端口连接是否正确。经检查发现有一处OSM ITP62的光缆连接如图2所示。

图2 出错的OSM ITP62光缆连接方式

光缆的此种连接方式不符合光缆的常规接法，于是按照光缆的常规接法重新连接该处光缆后报警消失，常规接法如图3所示。

图3 正确的OSM ITP62光缆连接方式

5 总线系统升级分析

1）升级后的总线系统在稳定性、安全性等方面都得到了很大的提升，与升级前总线系统相比，故障率大大降低，升级效果非常明显：

（1）网络交换机采用西门子新型工业网络产品OSM ITP62，网络带宽由10M升级到100M；

（2）OSM ITP62交换机不采用任何拔插式模件，大大减少了总线系统的故障点，降低了维护量；

（3）OSM ITP62设备采用两路24V直流电源输入，确保了两路电源的无扰切换；

（4）升级后的总线系统与AS620系统、OM650系统、ES680兼容性很好，运行十分稳定；

（5）打印机直接接入网络，提高了打印速度的同时也大大提高了打印机使用的灵活性。

2）结合其它电厂升级后的运行经验，需对升级后的总线系统做进一步的完善，尽量避免威胁机组安全运行的情况发生：

（1）所有OSM ITP62均被设置为根据端口的实际连接方式动态更新内部Learning表，这给AS620系统接入总线系统带来很大的方便，但是当某一网络设备故障导致报文发送失败时，系统会向网络上的所有端口发送广播信息以寻找此设备，这将造成总线系统负荷加大，影响AS620系统各AP间的数据通讯，严重时还会出现信号传输出错导致跳机的情况。借鉴田湾核电站的网络优化经验，需对我厂的总线系统进行如下的优化：在Learn表中静态写入每个AP的MAC地址，并将其与OSM ITP62 的端口一一绑定；在Learning表中静态的写入Multicast地址和端口号，过滤掉总线系统上不必要的通讯数据，避免网络负荷升高[2]；

（2）OSM ITP62设备没有送出任何接点信号，所以在OSM ITP62硬件设备发生故障时，DCS控制系统不会发出提醒维护人员注意的任何报警信息。

6 结论

通过将总线系统由SIMATIC NET总线系统升级改造为OSM ITP62总线系统后，系统硬件档次得到了很大的提高，保证控制系统逻辑运算的快速性和稳定性的同时，也使系统安全性能得到根本性的改观。新系统投运后一直运行良好，未出现影响机组安全稳定运行的事件，达到本次升级的各项预期要求。

[1]TELEPERM XP Bus System User Manual.SiemensAG，1998.

[2]徐霞军.TXP控制系统在田湾核电站的优化与改进[DB／OL].http://www.pptau.com/ZYJL/ShowArticle.asp?ArticleID=2223，2010-01-23.