DCS系统维护的常见问题及处理

国能锦界能源有限责任公司 李 锐

为满足不断增加的电力需求，火电厂的装机容量越来越大，相应的设备也越来越多，对这些设备的控制也提出了更高的要求。融合了计算机以及网络技术、过程控制技术等现代信息控制技术的DCS 系统操作便捷/运行稳定可靠，维护较方便，成为了火电厂机组运行控制的核心系统。很多火电厂结合实际生产要求，在DCS系统中又纳入了电气控制系统，加上发电机装机容量的增大、热工参数的提高，在控制系统中新的设计及通讯方式被不断引进，让DCS 系统的功能更完善，控制的范围更广，对机组运行稳定性的影响越来越大。

1 DCS 系统维护的必要性

DCS 系统是由许多设备及附属零部件、通信网络、软件系统等组成的庞大系统，其组态比较灵活、人机界面友好，在火电厂机组运行中应用比较广泛，尤其是新建火电厂中基本上都采用，之前未应用DCS 系统的一些老运行机组也进行了控制系统的改造，应用DCS 系统进行控制，发挥其独具优势的控制功能。DCS 系统的组成复杂，涉及到的设备众多，在长期运行情况下，会由于环境因素、自身设备质量及长期磨损等导致零部件出现故障，影响系统的稳定运行。控制系统出现问题进而会影响机组的运行，因此需加强对DCS 系统的维护。

导致DCS 系统发生故障的因素主要是人为因素（维护不当、安装设计不规范等）、环境因素（高温、潮湿、灰尘、信号干扰等）以及设备因素（设备质量不达标、产品设计不标准等）。通常情况下，由于火电厂对DCS 系统的维护比较重视，会定期的对其进行检修维护。在实际运行中发生的故障多为一般性故障，对机组影响较小，但也有较重大的故障发生，会对机组造成严重的后果，虽然发生概率相对较低，但危害程度却很大。因此DCS 系统的维护原则是要杜绝大故障发生、减少小故障发生，做到预防为主、检修维护为辅，让其更够平稳运行，减少故障发生率，减少停机次数[1]。

2 DCS 系统维护的常见硬件、软件问题及处理

2.1 操作员站故障及处理

DCS 系统操作员站不仅是监控手段，也是指令下达的重要设施。在火电厂机组的实际运行中，运行设备的状况及运行参数都通过操作员站来进行监控。同时运行现场监控人员根据实际的运行要求，结合机组负荷的变化、相关监测参数的变化等来通过操作员站对不同的现场设备下达指令，调整其运行的参数，确保整个系统的运行设备能满足实际运行要求。

一般每台操作员站是独立的，单一的操作员站出现故障时不会影响机组的运行，只需将操作员站按照操作要求进行重新启动即可。但当多台操作员站出现故障时影响的范围较大，要及时查看是不是还有其它正常工作的操作站，利用正常的操作员站对机组的重要设备及运行参数进行监控，并及时将有故障的操作站进行恢复[2]。处理措施如下：

要加强现场运行人员的技术培训，提高其紧急事故的处理能力。在实际运行中，要对DCS 画面中的系统状态随时查看，看操作站有无离线情况、有无出现网络异常等情况，一旦出现异常要及时维护；单台操作员站出现故障时，通常故障现象为死机、离线等，只需按照正常处理流程进行处理即可。多台操作员站出现故障时，要将重要设备的监控任务交由正常运行的操作站，同时快速排查故障，如果故障短时内排除则可正常运行，如短时内无法排除需根据机组实际运行情况进行应急处理。

全部操作员站出现故障时，如监视仪表运行正常，要把DEH 系统切换至手动控制，通过后备手动操作方式进行。利用监视仪表对机组运行情况进行监视，对转速、振动、液位等重要参数进行实时监视。现场运行人员需根据实际运行情况利用盘台操作按钮进行操作。热控人员要及时排查故障，查看CPU 是否正常、I/O 卡件运行是不是正常、硬盘或内存有无故障、冷却风扇是不是正常运行、CPU负荷是不是在正常范围内，同时按照运行规程做好停机准备，避免造成不必要的事故[3]。

2.2 电源故障

DCS 系统的电源采取的双备份冗余方式，当一路电源出现故障时，可自动切换到另一备用电源，确保机组稳定运行。平时只要做好电源的检修工作且确保检修及时，做好电源柜运行情况记录，一般情况下不会出现双路电源都失电情况。发生电源故障的主因是：接线头松动、接线未采取压接的方式或压接不紧导致接线不牢，容易出现接触不良的情况。实际运行中，由于机组是动态运行，不可避免要产生振动，由于长时间振动会导致一些零部件、连接件等出现松动，如连接螺栓松动导致接触不良。在潮湿环境下运行，连接点可能会由于腐蚀而出现接触不良的情况。此外地极和地网断开、热工保护的设备或元件瞬时失电等也会导致电源故障。稳定的电源配置是DCS 系统运行的基础，因此需加强对电源的维护，减少电源故障。

处理措施：电源模块的质量要好，在实际运行中电源故障多是由电源模块质量问题导致，因此要把好电源模块质量关。定期检查电源输出电压，查看是否在正常运行范围。在机组停机检修时，查看电源回路是否正常、接线头是否有松动、线路是否存在老化绝缘不良等情况。利用红外线测温仪测试接线螺栓的温度，查看有无存在接线螺栓温度过高现象。查看电源保险丝容量是不是符合运行要求。查看电源回路的端子排及盘内配线有没有存在接线松动情况。禁止其它用电设备连接在DCS 系统电源上，如出现电源故障报警后，要及时进行故障排除，避免单路电源长时间工作。机、炉保护的控制电源一旦出现故障要及时进行更换，防止出现控制器初始化的情况[4]。

2.3 软件系统故障

软件故障通常是在DCS 系统的调试阶段、软件进行升级进行阶段发生的。DCS 系统的应用软件较复杂，无论是调试还是组态都需相关人员配合进行，会涉及到很多人员交叉作业，操作流程重复或沟通不畅会导致系统软件出现错误。软件故障主要是网络通讯忙导致的系统混乱；更换一次元件后变量参数设置与实际运行不符合；主/从CPU 组态信息不一致等。

处理措施：无论是系统软件还是数据库软件，升级、修改、组态等都要严格按照相应的规范进行，完成相应的升级工作后要进行备份，当软件系统发生故障、丢失运行数据时，可将备份数据调取出来进行恢复，在机组调试前要进行完善的方案制定。

3 故障及处理

3.1 通信网络故障及处理

DCS 系统网络通信故障主要是分散处理单元初始化、死机等；冗余控制器切换失败；数据通信中断及服务器死机等。导致网络通信故障的主因是：网络通信设备损坏导致网络通信故障；DCS 组态不规范导致；一些硬件更换或升级后没有进行相应的驱动程序匹配；运行环境影响，如外界温度过高、电源风扇因故障停止转动导致的电源温度高，供电电源的波动较大等。

处理措施：网络通信故障多数都与网络通信的负荷率高有关，此外控制器的负荷率高也常会导致通信故障。因此主系统及子系统间的通信负荷率要保证在正常范围内，防止负荷率过高出现网络堵塞现象。在机组检修期间，恢复操作员站及数据站，同时清扫DCS 机柜、滤网等。连接主控单元和操作员站的DCS 系统要采用双层网络结构，把系统网络和管理网络分开。定期检查系统风道有没有堵塞，通讯接口是不是正常等。定期检查工作环境，查看通风是否良好，避免因运行环境温度高导致零部件出现老化或发生故障。在进行DCS 系统故障处理时要严格按照规范流程进行，在对DCS 系统进行改造升级前要做好调研工作，并制定完善的升级方案，将相关的安全措施、技术措施等做到位，确保技术改造升级安全有效[5]。

3.2 DCS 系统故障预防策略

3.2.1 集成、组态要规范

从DCS 系统的常见故障来看，由于人为因素导致的故障比较多，在集成、组态过程中不是完全按照集成的原则和实际机组运行的要求进行的，导致系统在投入运行之后，会由于前期的设计不规范引发一些故障，增加了后期维护的难度。因此，要做好DCS 系统的集成、组态工作，确保系统的可靠性。

电缆的排布要科学合理，电源线和信号线要分开走汇线槽，且采用不同颜色的电线区分接地线和信号线，要保证柜间的配线两端按照规划进行，在布置好电缆及配线后要在电缆上挂上标牌，表明编号、走向，为后续的维护提供便利；柜内要配置温控风扇，用于给设备降温。同时机柜的规格、柜内的空间裕度以及铭牌尺寸等都要符合设计标准。

合理分配卡件。不同的卡件要承担不同的功能，如控制、逻辑等功能点要在不同的卡件上分配，防止某一点出现故障，导致多点受到影响。在实际运行中，为减少保护误动，可将设备运行与停止的反馈点分配在相同的卡件上。温度、流量等物理参数可设置在同一卡件上，便于后期的维护；组态后的报警方式、物料线颜色等都要进行统一规划，设备的运行状况以及报警的状态都要能够清晰的显示出来。对一些逻辑回路要进行动态的画面显示，包括一些复杂的回路也要进行动态显示，而且还要设置二次确认功能，防止因为运行人员的误操作导致回路故障。所有的开关量都要进行实时记录，为后续的检修维护提供参考[6]。

3.2.2 安装、调试要标准

要保证安装环境良好，要有一个温湿度适宜的清洁环境，防止温度高、灰尘多而影响设备的使用寿命。计算机系统附近不要设置大动力的电器设备，功率大的对讲机也禁止在计算机室内使用，确保计算机室内的磁场强度最低。接地要做到接线头压接牢固；连接头要焊牢；螺栓要紧固；地线的布设要合理。电缆的敷设要按照强电、弱电电缆进行分层排放，而且要远离热源和干扰源。端子柜的空间布置要合格，柜内的端子、继电器、风扇的型号以及数量等要按照设计方案进行，不得随意更改设备的数量配置。工作地与安全地不仅要分开，相互之间还要进行绝缘情况的测试。

安装完毕且经过验收合格后要进行调试。进行调试前要做好DCS 的受电工作，检查电源回路绝缘情况；接地电阻是否正常；分路电源开关是不是在断开的位置等。完成受电前的检查工作后再进行受电，进行受电过程中要按照逐系统进行，一个机柜或一个系统进行测试完毕后，再进行下一个机柜或下一系统的测试，避免多系统同时进行测试。如果在受电过程中出现问题要及时停止受电，查明故障源及原因，排除后再继续进行受电测试。测试中易出现模件烧毁的情况，为避免这种情况，在测试前要先将模件的外接线断开，将模件的电源保险松开后插入模件，再送上电源保险，测试完毕后将模件推出。模件进行测试的注意事项：不带电插拔模件；模件进行系统调试后再插入相应的位置[7]。

综上，火电厂机组的运行控制离不开DCS 系统，作为一个复杂的集成控制系统，DCS 系统在运行过程中不可避免的要发生故障，影响机组的稳定运行。因此在DCS 系统投入前要做好集成、组态、安装及调试工作，减少后期运行过程中故障发生率。在投入运行后，要定期的进行检修，重点排查故障易发部位，及时更换零部件，并做好系统的升级工作，定期检查线路连情况。要做到维护及时，操作规范，消除设备的不安全状态，防患于未然，降低DCS 系统的故障发生率。