大型煤化工中央集控DCS通信故障的解决措施

张晓磊

(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司仪控分厂，内蒙古 赤峰 025350)

大型煤化工中央集控DCS通信故障的解决措施

张晓磊

(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司仪控分厂，内蒙古 赤峰 025350)

针对大型煤化工项目在中央集控模式下，由于DCS系统操作员站自带的杀毒软件进行定时更新造成计算机自身运行负荷过高，部分现场控制器负荷过高，以及在组态数据下载进行Checkpoint过程中造成的部分操作画面卡滞现象，通过更改操作站杀毒软件的自动更新任务，并将部分负荷过高控制器的运算模块扫描相位进行调整，妥善解决了通信卡滞问题。

DCS 大型煤化工 通信故障 解决措施

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气项目设计规模年产40亿Nm3，以褐煤为原料，采用碎煤加压气化、低温甲醇洗净化、镍基催化剂甲烷化的生产工艺，制取人工天然气。项目分三个系列建设，目前一系列已经建成投产。一系列化工区采用中央集控操作控制模式，设中央控制室一个，就地设有空分、加压气化A、加压气化B、煤气水分离、净化、甲烷化、污水处理、硫回收、酚氨回收、循环水共10个就地DCS机柜间。系统运行期间，DCS系统发生通信故障。仪控人员就故障现象分析原因，并给出了解决方案。

1 DCS系统硬件结构

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气项目一系列的DCS系统采用Foxboro I/A Series V8.4，由容错核心层交换机(MESH)网、交换机、工程师站、操作站、历史库服务器和控制站、I/O卡件、各类机柜、辅操台及OPC服务器等构成。各装置的DCS控制站和I/O卡件完全独立设置，以保证各装置在正常生产和开停工过程中互不干扰，减少关联影响。

DCS系统网络采用全光纤结构，中央控制室设置4台MESH，核心层为1 000M光纤接口。28台容错式交换机接入层交换机(两台在工程师室，4台在中央控制室，22台分布在各机柜室)。在接入层，控制站FCP270和工作站均以100M光纤接入交换机，接入层交换机以1 000M光纤接入核心层交换机。交换机设置的特点在于各个装置/机柜室独立工作，任意交换机故障不影响整个系统的正常运行。

2 DCS系统通信故障的检查与分析

系统投入运行后，两次出现DCS操作员站在正常操作时画面停滞的现象，部分操作员站画面数据更新时间超过2s，画面切换时间大于1s，并且两次通信故障都持续了40min以上。问题最严重的是与现场控制器CP7115进行数据采集、发送的操作员站。

2.1对现场控制器CP7115的检查与分析

仪控专业人员对化工区的DCS网络通信情况和控制器CP7115的工作负荷情况，进行了仔细的检查。在对控制器CP7115进行检查的过程中发现，现场控制器中组态的控制模块数量在设计范围内。但CP7115的整体工作负荷却相对较高，如图1所示，而控制器CP7115的工作负荷却属于正常情况。

图1 控制器CP7115的工作负荷情况

图1所示的负荷情况说明，CP7115当前控制模块的负荷为42%，其空闲时间约61%。从组态来看，其负荷分为：控制逻辑模块负荷、AIM历史库实时采集负荷、SIS数据采集负荷、其他通信负荷和控制器内部程序负荷。控制器CP7115中控制模块的数量见表1。控制器CP7115中共有1 509个控制模块，一个周期的处理时间为116ms，占用大约16%的控制器的空闲时间。

表1 控制器CP7115中控制模块数量统计

从控制器CP7115的AIM历史库实时数据采集点的负荷来看，AIM历史采集1 038个数据点，收集发送占用控制器的空闲时间4%。

关闭SIS前，空闲时间61%，如图2所示。关闭SIS后，空闲时间上升12%(空闲时间越大表明负荷越小)如图3所示。从SIS系统占用的控制器负荷来看，SIS数据采集程序共向CP7115请求1 673个点，却占用了该控制器12%的空闲时间。对比发现，SIS读取的数据点不到AIM历史库的1.5倍，但负荷却是AIM的3倍。

图2 关闭SIS前CP7115负荷情况

图3 关闭SIS后CP7115负荷情况

通过对SIS采集点的分析发现，它没有设置读写死区，在每次扫描周期，所有的采集点都要从控制器发送。

综合以上分析，CP7115的当前负荷构成如图4所示。

图4 CP7115负荷分配情况

在检查中还发现，控制器CP7115在Checkpoint(数据同步写入、读取)时，空闲时间会降至14%以下，流程画面上出现对外数据中断的情况，它连接的交换机对应的端口上记录的通信情况如图5所示。可以看出，控制器端口每秒输出72.76KByte(对应交换机上的端口IN，即控制器输出)；控制器端口每秒输入11.6Kbyte，约占FCP270输出通信能力的40%左右；零个广播包和3个组播数据包，用于寻找该控制器的HOST工程师站。无错误(invalid)的数据包，工程师站和该控制器在同一个交换机上，交换机本身负荷小于1%。

图5 控制器CP7115的通信情况

2.2对网络的检查与分析

仪控人员又检查整个MESH网络的运行情况。通过操作员站WP1123上安装的Netsight软件，监视整个IA系统MESH网络的运行状态。从该软件获取的系统交换机的工作负荷信息可知，所有交换机的CPU负荷非常低，核心交换机的负荷也仅为1.7%。

从交换机互连端口状态指示界面可知，整个网络没有错误数据包。从MESH网络的快速生成树协议(RSTP)的情况来看，整个网络拓扑结构稳定。两台根交换机间互连端口数据流量非常小，仅2KByte(与1GByte对比)，广播数据包也非常少。从上面的数据来看，整个MESH网络运行状态良好，不存在任何故障，可以排除MESH网络问题造成“工作站调用缓慢问题”的可能性。

2.3应用软件的检查

在排查软件影响因素的过程中发现，系统标配的杀毒软件McAfee在运行过程中，对网络数据有很大影响。在默认安装IA系统工作站的情况下，杀毒软件McAfee会默认配置“全盘扫描”计划任务，该任务在每个月的第一个星期天17点运行，扫描工作站整个硬盘中的文件，寻找并清除电脑病毒。测试时发现，在执行该任务时，扫描程序会占用大量的工作站CPU，并导致其他进程响应缓慢，其中就包括了foxview进程。这就导致了诸如流程画面调用缓慢的现象。又由于几乎所有的工作站上的McAfee的配置全部相同，所以在同一时刻，所有工作站都出现这种现象。

用户日志中记录了故障现象的发生日期。其他通过网络通信的故障发生时间与杀毒软件更新任务的执行时间也恰好吻合。

3 结束语

通过对DCS操作员站在正常操作时画面产生停滞现象的故障分析，查清了影响网络通信的影响因素，即DCS操作员站自带杀毒软件由于定时更新造成的本身计算机的运行负荷过高，部分现场控制器负荷过高，在组态数据下载进行Checkpoint过程中，造成部分操作画面卡滞。为此，仪控人员更改了操作站杀毒软件的自动更新任务，将部分负荷过高的控制器的运算模块扫描相位进行了调整。处理后运行至今，再未发生过操作画面卡滞的情况，问题妥善解决。

(Continued from Page 520)

PWM direction control circuit, SPWM compound-circuit and filter circuit were presented. The system employs the temperature-humidity sensor to detect the ambient temperature and humidity and regulates the amplitude of sinusoidal alternating current incurred by regulating circuit, and then adjusts the spray amount of ultrasonic atomizers. Avoiding the ringing artifact should be considered.

Keywordsself-balancing intelligent unit, PLC, degree of balance

humidity control and spraying system, MCU, LC filter, IR2110, ringing artifact

(Continued from Page 532)

(1.CollegeofMechanicalScienceandEngineering,NortheastPetroleumUniversity,Daqing, 163318,China;2.JilinOilfieldExplorationandDesignInstitute,Songyuan138000,China;3.CISCOPetroleumEnvironmentalProtectionEquipmentCo.,Ltd.，Xuchang461000,China)

The implementation of the control system for self-balancing intelligent unit was described and a PLC-based control system was designed to control this self-balancing intelligent unit and the system’s control logic and actuator were determined. Application results prove both reasonability and reliability of this system.

TH862+.7

B

1000-3932(2016)05-0539-03

2016-03-03(修改稿)