350mW機(jī)組總線系統(tǒng)升級(jí)

李 紅

陽城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102

0 引言

陽城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司DCS控制系統(tǒng)原采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的TELEPERM XP分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由OM650運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、AS620自動(dòng)系統(tǒng)、TXP總線系統(tǒng)和ES680工程師站4個(gè)子系統(tǒng)組成，具有控制生產(chǎn)過程所必需的自動(dòng)處理、操作、監(jiān)視、記錄等多項(xiàng)功能，每項(xiàng)功能由各自獨(dú)立的子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，形成一個(gè)完整的過程控制系統(tǒng)。

1 SIMATIC NET總線概述

SIMATIC NET總線系統(tǒng)以星型藕合器作為該工業(yè)以太網(wǎng)的中心組件，常用模件有：ENT10515－R（交流電源模件）、OYDE－SUC（光纖接口卡）、ECTP3（多端口雙絞線接口卡）、ECAU（雙轉(zhuǎn)換器接口卡）、HSSM（星型藕合器管理卡）。星型藕合器將分散布局的AS620自動(dòng)系統(tǒng)、OM650運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、ES680工程師站、主時(shí)鐘等連接在一起成為一個(gè)互通的網(wǎng)絡(luò)，使得諸如主時(shí)鐘對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同期、ES680對(duì)控制系統(tǒng)的組態(tài)等多項(xiàng)功能得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的各種物理量，參與生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)視及控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)的控制[1]。

2 總線系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

陽城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司總線系統(tǒng)屬于SIEMENS公司1996年左右的產(chǎn)品，總體來說技術(shù)已經(jīng)落后，運(yùn)行和維護(hù)方面都存在著很大的弊端，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）總線系統(tǒng)帶寬僅為10M，與上層網(wǎng)絡(luò)形成了一定的瓶頸，在有大量數(shù)據(jù)調(diào)用的情況下運(yùn)行極不穩(wěn)定。2005年9月5日，#1機(jī)組因終端總線負(fù)荷過高導(dǎo)致運(yùn)行中的OM650系統(tǒng)全部癱瘓，運(yùn)行人員無法進(jìn)行正常的監(jiān)視和操作，就地設(shè)備失去監(jiān)視長(zhǎng)達(dá)3個(gè)小時(shí)，為此SIEMENS公司多次安裝系統(tǒng)補(bǔ)丁程序，但未能阻止該類故障的再次發(fā)生；

2）在機(jī)組正常運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)諸如“通訊連接故障”等不明原因的報(bào)警，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，曾有過兩AP間信號(hào)經(jīng)工廠總線傳送后信號(hào)值出錯(cuò)、機(jī)組RB的情況發(fā)生；

3）為總線系統(tǒng)供電的機(jī)組逆變段曾多次故障，存在總線系統(tǒng)失電，信號(hào)傳輸全部中斷的嚴(yán)重安全隱患。如果終端總線失電，OM650系統(tǒng)畫面將全部失去監(jiān)視；如果工廠總線失電，則4臺(tái)處理單元全部停運(yùn)、AS620系統(tǒng)各AP間信號(hào)傳輸中斷，這必將導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)；

4）星型藕合器不間斷運(yùn)行十多年后，機(jī)架、模件都出現(xiàn)老化現(xiàn)象。多臺(tái)機(jī)組的星型藕合器電源模件已經(jīng)更換，且在線更換電源模件時(shí)極易因電壓波動(dòng)導(dǎo)致冗余側(cè)電源模件故障，使相應(yīng)總線系統(tǒng)失電。2008年2月8日，#4機(jī)組終端總線星型藕合器機(jī)架故障導(dǎo)致運(yùn)行中的OM650系統(tǒng)全部癱瘓；

5）星型藕合器所用模件停產(chǎn)直接導(dǎo)致備件的采購(gòu)難度加大，采購(gòu)費(fèi)用升高，總線系統(tǒng)的維護(hù)成本一直居高不下。

3 總線系統(tǒng)升級(jí)簡(jiǎn)述

3.1 總線系統(tǒng)介紹

OSM ITP62是西門子公司近期推出的一種100M工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機(jī)，采用兩路冗余24V直流電源輸入，有6個(gè)電口、2對(duì)光口，帶有網(wǎng)絡(luò)管理功能，具有更大的靈活性和更高的可靠性，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。OSM ITP62用戶可以通過支持JAVA界面的計(jì)算機(jī)登錄相應(yīng)OSM ITP62的操作系統(tǒng)，了解該OSM ITP62的軟硬件版本、每個(gè)端口的配置及該端口的數(shù)據(jù)包傳送情況，并可以通過對(duì)Learning表的設(shè)置，改變總線系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的通訊方式，方便了對(duì)OSM ITP62的管理。目前所用OSM ITP62的具體軟硬件配置如表1所示。

表1 OSM ITP62軟硬件配置

為了提高總線通訊的可靠性，總線系統(tǒng)仍采用虛擬環(huán)網(wǎng)的形式，即通過OSM ITP62交換機(jī)頂部的DIP（Dual Inline Package）開關(guān)設(shè)置一個(gè)RM（Redundancy Manager）斷點(diǎn)。當(dāng)OSM ITP62 檢測(cè)到本交換機(jī)上某點(diǎn)通訊故障時(shí)，RM 斷點(diǎn)自動(dòng)閉合，總線通訊立即恢復(fù)，保證了網(wǎng)絡(luò)環(huán)上各設(shè)備間的正常通訊。

3.2 總線系統(tǒng)升級(jí)過程中硬件方面需完成的工作

圖1 升級(jí)后系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1）將星型藕合器拆除后，在已有機(jī)柜上固定新的支架和安裝條以便安裝OSM ITP62，每套OSM ITP62設(shè)備采用兩路獨(dú)立的24V直流電源；

2）通過OSM ITP62交換機(jī)頂部的DIP開關(guān)設(shè)置一個(gè)RM斷點(diǎn)，以便某點(diǎn)通訊中斷時(shí)，立即進(jìn)行斷點(diǎn)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)總線的冗余；

3）OSM ITP62上電后，設(shè)定每個(gè)OSM ITP62設(shè)備的IP地址；

4）為了保證運(yùn)行設(shè)備的正常工作，在新舊系統(tǒng)交接時(shí)，先更換一側(cè)星型藕合器，待OSM ITP62工作正常、DCS系統(tǒng)及所有OM650系統(tǒng)畫面顯示無誤后再更換另一側(cè)星型藕合器；

5）采用工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機(jī)OSM ITP62代替原來的MR8-03型網(wǎng)橋，確保兩臺(tái)機(jī)組OM650系統(tǒng)之間通訊正常。

終端總線由于OM650系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通訊接口及安裝位置改變需要重新布線，而工廠總線仍使用升級(jí)前的ITP通訊電纜。從安全的角度出發(fā)，電纜連接的基本原則是把所有AP、PU、SU的a側(cè)與b側(cè)分布在不同的OSM ITP62設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)a、b側(cè)的冗余，對(duì)于OT則均勻分布在不同的OSM ITP62設(shè)備，防止單個(gè)OSM ITP62設(shè)備故障時(shí)所有畫面都失去監(jiān)視，升級(jí)后的系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1。

3.3 軟件方面需完成的工作

軟件方面需在拓?fù)鋱D中將星型藕合器圖符更換為OSM圖符，并按照各通訊電纜的實(shí)際連接情況更改拓?fù)鋱D，以重新生傳最新的LAN數(shù)據(jù)，同時(shí)生傳其它相關(guān)代碼。

3.4 升級(jí)結(jié)束后的檢查驗(yàn)收工作

1）OM650系統(tǒng)畫面顯示是否正常，重點(diǎn)檢查公用系統(tǒng)信號(hào)的顯示；

2）通過報(bào)表系統(tǒng)檢查是否存在與總線系統(tǒng)升級(jí)相關(guān)的報(bào)警；

3）逐一傳送AP的全代碼后，檢查相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況；

4）總線系統(tǒng)通訊質(zhì)量檢測(cè)，如有無嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷是否在正常范圍等。

4 升級(jí)過程中發(fā)現(xiàn)問題及其處理

雖然在總線系統(tǒng)升級(jí)前進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備工作，但在升級(jí)的過程中仍然不可避免的遇到了許多比較棘手的問題，如勵(lì)磁設(shè)備SIMADYN D與其它AP通訊中斷、光纜連接不當(dāng)導(dǎo)致OM650系統(tǒng)報(bào)警頻發(fā)等。

1）#4機(jī)組總線系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，在更換OSM ITP62設(shè)備、連接所有通訊電纜后，所有設(shè)備運(yùn)行正常，畫面信號(hào)顯示無誤，但在傳送AS620自動(dòng)系統(tǒng)所有AP的離線代碼后，勵(lì)磁設(shè)備SIMADYN D與其它AP通訊中斷且機(jī)柜中EM11模件上的LED16、LED18故障燈常亮。后經(jīng)檢查后，發(fā)現(xiàn)在下載離線代碼時(shí)，勵(lì)磁柜中CS11模件中的傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)（TSAP，負(fù)責(zé)通訊數(shù)據(jù)的定義）內(nèi)容已經(jīng)被改變，最后通過PG740將正確的NML程序成功下載至CSH11模件，恢復(fù)了勵(lì)磁柜與其它設(shè)備間的通訊；

2）工廠總線光纜插錯(cuò)導(dǎo)致OM650系統(tǒng)頻發(fā)大量報(bào)警。在#2機(jī)組工廠總線升級(jí)結(jié)束后，畫面顯示、通訊一切都正常，但報(bào)表系統(tǒng)頻發(fā)諸如“AS STRUCTURE AP* Rec. 2 DMZ conn.flt”的大量報(bào)警信息。經(jīng)研究分析，問題可能出在總線系統(tǒng)通訊電纜連接上：是否完全按照拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)連接、光纜端口連接是否正確。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有一處OSM ITP62的光纜連接如圖2所示。

圖2 出錯(cuò)的OSM ITP62光纜連接方式

光纜的此種連接方式不符合光纜的常規(guī)接法，于是按照光纜的常規(guī)接法重新連接該處光纜后報(bào)警消失，常規(guī)接法如圖3所示。

圖3 正確的OSM ITP62光纜連接方式

5 總線系統(tǒng)升級(jí)分析

1）升級(jí)后的總線系統(tǒng)在穩(wěn)定性、安全性等方面都得到了很大的提升，與升級(jí)前總線系統(tǒng)相比，故障率大大降低，升級(jí)效果非常明顯：

（1）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用西門子新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品OSM ITP62，網(wǎng)絡(luò)帶寬由10M升級(jí)到100M；

（2）OSM ITP62交換機(jī)不采用任何拔插式模件，大大減少了總線系統(tǒng)的故障點(diǎn)，降低了維護(hù)量；

（3）OSM ITP62設(shè)備采用兩路24V直流電源輸入，確保了兩路電源的無擾切換；

（4）升級(jí)后的總線系統(tǒng)與AS620系統(tǒng)、OM650系統(tǒng)、ES680兼容性很好，運(yùn)行十分穩(wěn)定；

（5）打印機(jī)直接接入網(wǎng)絡(luò)，提高了打印速度的同時(shí)也大大提高了打印機(jī)使用的靈活性。

2）結(jié)合其它電廠升級(jí)后的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，需對(duì)升級(jí)后的總線系統(tǒng)做進(jìn)一步的完善，盡量避免威脅機(jī)組安全運(yùn)行的情況發(fā)生：

（1）所有OSM ITP62均被設(shè)置為根據(jù)端口的實(shí)際連接方式動(dòng)態(tài)更新內(nèi)部Learning表，這給AS620系統(tǒng)接入總線系統(tǒng)帶來很大的方便，但是當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障導(dǎo)致報(bào)文發(fā)送失敗時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)上的所有端口發(fā)送廣播信息以尋找此設(shè)備，這將造成總線系統(tǒng)負(fù)荷加大，影響AS620系統(tǒng)各AP間的數(shù)據(jù)通訊，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸出錯(cuò)導(dǎo)致跳機(jī)的情況。借鑒田灣核電站的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，需對(duì)我廠的總線系統(tǒng)進(jìn)行如下的優(yōu)化：在Learn表中靜態(tài)寫入每個(gè)AP的MAC地址，并將其與OSM ITP62 的端口一一綁定；在Learning表中靜態(tài)的寫入Multicast地址和端口號(hào)，過濾掉總線系統(tǒng)上不必要的通訊數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷升高[2]；

（2）OSM ITP62設(shè)備沒有送出任何接點(diǎn)信號(hào)，所以在OSM ITP62硬件設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，DCS控制系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出提醒維護(hù)人員注意的任何報(bào)警信息。

6 結(jié)論

通過將總線系統(tǒng)由SIMATIC NET總線系統(tǒng)升級(jí)改造為OSM ITP62總線系統(tǒng)后，系統(tǒng)硬件檔次得到了很大的提高，保證控制系統(tǒng)邏輯運(yùn)算的快速性和穩(wěn)定性的同時(shí)，也使系統(tǒng)安全性能得到根本性的改觀。新系統(tǒng)投運(yùn)后一直運(yùn)行良好，未出現(xiàn)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的事件，達(dá)到本次升級(jí)的各項(xiàng)預(yù)期要求。

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

[2]徐霞軍.TXP控制系統(tǒng)在田灣核電站的優(yōu)化與改進(jìn)[DB／OL].http://www.pptau.com/ZYJL/ShowArticle.asp?ArticleID=2223，2010-01-23.