西門子SPPA T3000控制系統(tǒng)的應(yīng)用及故障處理

王立文

（神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波315612）

西門子SPPA T3000控制系統(tǒng)的應(yīng)用及故障處理

王立文

（神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波315612）

介紹西門子SPPA T3000控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件組成，重點(diǎn)分析了該系統(tǒng)在浙江國華寧海B廠2×1 000 MW機(jī)組的應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并提出解決方法和防范措施。

SPPA T3000；自動(dòng)控制；故障分析；可靠性；措施

國華寧海發(fā)電B廠自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括單元機(jī)組DCS、公用系統(tǒng)DCS、脫硫DCS、電氣控制系統(tǒng)（NCS），采用了DCS，DEH，F(xiàn)GD-DCS系統(tǒng)一體化控制方案。單元機(jī)組DCS包括常規(guī)DCS和DEH兩部分，均采用西門子SPPA T3000控制系統(tǒng)，系統(tǒng)之間通過高性能的中心路由器（交換機(jī)）相互連接，在操作員站網(wǎng)絡(luò)這一層實(shí)現(xiàn)信息共享。單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)分為應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和過程接口層，其中控制站與IO單元構(gòu)成下層網(wǎng)絡(luò)，通信采用工業(yè)以太網(wǎng)ISO協(xié)議，工程師站、操作員站和打印機(jī)等組成上層網(wǎng)絡(luò)，通信采用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。各層網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)以太網(wǎng)模塊（OSM）組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上、下層網(wǎng)絡(luò)間通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。冗余服務(wù)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制器管理、調(diào)試和數(shù)據(jù)采集、傳輸以及給水焓值計(jì)算等功能。操作員站、工程師站在實(shí)際生產(chǎn)中通過訪問機(jī)組服務(wù)器進(jìn)行畫面數(shù)據(jù)顯示和指令傳達(dá)。DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 SPPA T3000系統(tǒng)的主要故障現(xiàn)象及分析

寧海發(fā)電B廠自機(jī)組投產(chǎn)至今，西門子SPPA T3000控制系統(tǒng)（以下簡稱T3000系統(tǒng)）出現(xiàn)了諸多的問題和故障，本文從設(shè)備硬件故障、軟件故障、通信故障等方面進(jìn)行分析。

1.1 硬件故障

T3000系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括服務(wù)器、交換機(jī)、控制器、IO卡件、預(yù)制電纜及FIM卡件。其中控制器由電源模塊（PS405）、CPU模塊（S7-417）和網(wǎng)絡(luò)模塊（CP443）組成，通過ProfiBus總線與下層卡件（IM153-2）進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)絡(luò)模件與CPU的通信通過背板總線進(jìn)行并通過ProfiDP總線連接到下層網(wǎng)OSM通信模塊，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

1.1.1 故障現(xiàn)象

（1）預(yù)制電纜故障。

在機(jī)組正常運(yùn)行的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)整個(gè)卡件模擬量測點(diǎn)中斷、波動(dòng)、部分信號跳變等現(xiàn)象，如：5A汽泵殼體頂部溫度、下部溫度，5A前置泵馬達(dá)U相溫度，驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度瞬間出現(xiàn)斷點(diǎn)；60CBA19控制柜AD006卡件所有信號跳變；60CBA21柜AB005卡件所有信號跳變；5C給煤機(jī)指令與反饋偏差5%，檢查DCS輸出偏小，指令12 mA時(shí)實(shí)際電流小于11.2 mA；5號爐A側(cè)2號再熱器微量減溫水調(diào)節(jié)門開度波動(dòng)較大，AO輸出異常。

（2）服務(wù)器故障。

寧海B廠T3000系統(tǒng)服務(wù)器采用的是ft Server W系列4300系統(tǒng)，在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)硬盤不同步、服務(wù)器內(nèi)存故障等問題。

2010-12-17，巡檢發(fā)現(xiàn)6號DEH服務(wù)器硬盤冗余喪失。利用春節(jié)臨修時(shí)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是由下層冗余服務(wù)器磁盤控制器故障造成，更換下層服務(wù)器后恢復(fù)正常。

2011-5-9，5號DCS服務(wù)器底層單元模件故障，更換底層服務(wù)器后恢復(fù)正常。

2012-5-28，5號機(jī)組DCS系統(tǒng)服務(wù)器冗余故障報(bào)警，原因是UPS電源故障造成下層服務(wù)器停運(yùn)，電源恢復(fù)、服務(wù)器重啟后，數(shù)據(jù)硬盤同步顯示故障。經(jīng)西門子和服務(wù)器廠家專家確認(rèn)，故障為硬盤壞道引起。

（3）卡件故障。

卡件故障主要分為IO卡件故障和控制器電源PS405卡件故障。

2010-1-21，DEH系統(tǒng)60CKC05柜AD05槽DO卡件第4通道故障，指令無法發(fā)出，造成主汽門前疏水門無法開啟。2010-2-18，60CBA22控制柜AD05槽DO卡件第9通道指令誤發(fā)，二級過熱器減溫水調(diào)門前電動(dòng)門打開。2010-11-12，50CBA28柜AD010卡件AO指令信號中斷，導(dǎo)致現(xiàn)場1B高加事故疏水，2B高加正常疏水和事故疏水，3B高加正常疏水，3A高加事故疏水等多個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器全開。

CPU電源模塊PS405卡件故障，導(dǎo)致備用CPU停運(yùn)，DCS故障報(bào)警。到目前已經(jīng)多次發(fā)生，但未對運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。2009-10-31，5號機(jī)組AP547控制柜（MEH）PS405卡件故障；2010-01-25，5號機(jī)組AP548控制柜（MEH）PS405卡件故障；2011-08-10，5號機(jī)組AP526控制柜PS405卡件故障；2011-10-06，6號機(jī)組AP601控制柜PS405卡件故障；2012-06-27，5號機(jī)組AP539控制柜PS405卡件故障；2012-7-31，5號機(jī)組AP502控制柜（MFT）PS405卡件故障。

1.1.2 故障原因分析及處理

（1）由于預(yù)制電纜問題導(dǎo)致信號異常的情況，經(jīng)西門子公司進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)系該批次預(yù)制電纜的針腳制作封裝工藝存在問題。對該批次中大部分預(yù)制電纜進(jìn)行更換后，目前此類原因引起的故障已較少出現(xiàn)。

（2）西門子T3000系統(tǒng)服務(wù)器采用冗余設(shè)計(jì)，硬盤之間采用鏡像技術(shù)，所以對硬件的要求較為嚴(yán)格，服務(wù)器長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器硬盤產(chǎn)生壞道，壞道部分的數(shù)據(jù)將無法與另外的硬盤進(jìn)行冗余，服務(wù)器在這個(gè)過程中進(jìn)行反復(fù)的檢測，產(chǎn)生故障報(bào)警。而實(shí)際服務(wù)器硬盤數(shù)據(jù)正常，切換正常。針對此種情況，將服務(wù)器故障分為3種類型，編制了B1，B2和B3三級應(yīng)急預(yù)案，防止因事故的進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致機(jī)組跳閘，減小了對電網(wǎng)的影響。

圖1 寧海B廠2×1 000 MW機(jī)組DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

（3）IO卡件故障的主要原因是電子產(chǎn)品使用時(shí)間過長后出現(xiàn)老化。停運(yùn)的PS405卡件重新上電后，可以工作但電流偏大。這一情況已經(jīng)聯(lián)系西門子公司將故障卡件寄回德國檢測。所有故障現(xiàn)象均為PS405卡件停止工作，導(dǎo)致相應(yīng)側(cè)AP控制器停運(yùn)。如果控制器存在切換異常，則可能導(dǎo)致相應(yīng)控制器控制設(shè)備異常。為此組織編寫了DCS系統(tǒng)所有AP控制器單側(cè)故障搶修預(yù)案。

1.2 軟件故障

T3000系統(tǒng)軟件是將所有的任務(wù)放置在同一個(gè)綜合系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)，包括工程設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行和系統(tǒng)診斷。這種理念簡化了T3000系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使得HMI、控制系統(tǒng)組態(tài)、診斷、歷史數(shù)據(jù)存儲等多個(gè)功能被包含在T3000的嵌入式組件服務(wù)程序中。在寧海發(fā)電廠調(diào)試及運(yùn)行期間，T3000系統(tǒng)在算法模塊、趨勢組件、時(shí)鐘同步等方面也存在著問題。

1.2.1 故障現(xiàn)象

（1）算法模塊不運(yùn)算。

2008-11-16，順控停6大風(fēng)機(jī)時(shí)，1個(gè)“與”門前的2個(gè)條件都為“1”，結(jié)果輸出為“0”。2009-05-04，5號機(jī)組凝汽器水幕噴水閥A的所有反饋、指令信號正常，但是CCTRL算法模塊無法判斷閥門狀態(tài)，導(dǎo)致畫面報(bào)警。2010-11-12，6號機(jī)組啟動(dòng)磨煤機(jī)B的允許啟動(dòng)條件顯示被強(qiáng)制成“0”，但前一級卻輸出為“1”。2011-1-14，6號機(jī)組DCS系統(tǒng)A磨煤機(jī)允許啟動(dòng)條件信號為“1”,但A磨煤機(jī)卻不允許啟動(dòng)。

出現(xiàn)類似上述情況后，將邏輯重新激活即可恢復(fù)正常。

（2）報(bào)警系統(tǒng)異常。

2009-02-15，報(bào)警系統(tǒng)不能識別抑制報(bào)警點(diǎn)，造成大量抑制報(bào)警點(diǎn)無法恢復(fù)報(bào)警和無歷史存檔，將服務(wù)器重新啟動(dòng)后，報(bào)警系統(tǒng)恢復(fù)正常。2011-12-1，5號DCS主控畫面中部分信號測點(diǎn)“U”報(bào)警，檢查邏輯運(yùn)算正常，監(jiān)視塊輸出端口無顯示，重新激活監(jiān)視塊后正常。2011-6-5，5號機(jī)組DEH系統(tǒng)畫面“U”報(bào)警，將PDS進(jìn)程內(nèi)存由135 MB改為187 MB，將OPC文件由8 000點(diǎn)配置成9 500點(diǎn)后正常。

（3）趨勢圖組件無法使用。

2008-12-19，5號機(jī)組DEH系統(tǒng)打開趨勢圖無數(shù)據(jù)。2009-04-10，6號機(jī)組DCS系統(tǒng)無法調(diào)出歷史趨線。2009-04-16，6號機(jī)組DCS系統(tǒng)趨勢圖打不開。2009-04-25，5號機(jī)DEH系統(tǒng)趨勢圖內(nèi)數(shù)據(jù)全為壞點(diǎn)。

（4）GPS系統(tǒng)時(shí)間出錯(cuò)。

2008-11-11，5號DCS及DEH系統(tǒng)報(bào)警時(shí)間出錯(cuò)，11月11日的報(bào)警顯示日期為11月12日，11月12日的報(bào)警顯示11月13日。2012-06-30，5號、6號機(jī)組DCS及DEH系統(tǒng)趨勢點(diǎn)“U”報(bào)警。檢查發(fā)現(xiàn)2個(gè)GPS相差1 s，重啟時(shí)鐘后恢復(fù)正常。2012-07-27，5號、6號機(jī)組DCS系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)相繼出現(xiàn)記錄曲線斷點(diǎn)現(xiàn)象，經(jīng)查實(shí)為GPS時(shí)鐘不同步造成。

1.2.2 故障原因分析及處理

（1）T3000系統(tǒng)中連接點(diǎn)或者個(gè)別算法模塊未激活，其主要原因是該點(diǎn)或者該算法模塊應(yīng)用到多個(gè)方案頁中，當(dāng)某個(gè)方案頁邏輯變動(dòng)后進(jìn)行激活時(shí)，未對關(guān)聯(lián)的方案頁進(jìn)行激活，可能導(dǎo)致算法模塊無法正常運(yùn)行。

（2）DEH系統(tǒng)內(nèi)存較小、配置點(diǎn)較少。將PDS進(jìn)程內(nèi)存由135 MB改為187 MB，OPC文件由8 000點(diǎn)配置成9 500點(diǎn)，重新啟動(dòng)服務(wù)器后即可恢復(fù)正常。

（3）歷史趨勢曲線變?yōu)樘摼€和GPS系統(tǒng)時(shí)間出錯(cuò)的原因是服務(wù)器的GPS校時(shí)程序不同步，重啟GPS時(shí)鐘即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

目前西門子廠家已對系統(tǒng)進(jìn)行版本升級，有效解決了上述問題。

1.3 通信系統(tǒng)故障

T3000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由3部分組成：應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)、控制層網(wǎng)絡(luò)、過程接口層。每層之間的通信協(xié)議有所不同，在調(diào)試及運(yùn)行過程中，通信系統(tǒng)曾出現(xiàn)過各類問題。

1.3.1 故障現(xiàn)象及處理

（1）網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2009-12-18，5號機(jī)組AP503所有測點(diǎn)畫面顯示壞點(diǎn)，光字牌顯示一次風(fēng)機(jī)RB，同時(shí)所有模擬量測點(diǎn)顯示為零，持續(xù)3 min后自動(dòng)恢復(fù)，分析為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)阻塞導(dǎo)致。

2010-7-4，5號機(jī)組DCS系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，打開一幅畫面約需2 min，同時(shí)ASD報(bào)警無法復(fù)位，后經(jīng)重啟AC進(jìn)程后恢復(fù)正常。西門子系統(tǒng)管理員遠(yuǎn)方登陸確認(rèn)為OP53操作員站電腦“空格”或“ENTER”鍵一直處于按下未彈起狀態(tài)，ASD報(bào)警復(fù)位功能一直在激活狀態(tài)，占用大量內(nèi)存，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)運(yùn)行速度緩慢。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信滯后。

2008-10-27，啟動(dòng)頂軸油泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)5號機(jī)組DCS系統(tǒng)畫面狀態(tài)曲線顯示比DEH系統(tǒng)的畫面顯示慢5 s。2008-11-24，6號機(jī)組閉式泵B跳閘，電流為零，延時(shí)20 s后狀態(tài)顯示才由運(yùn)行變?yōu)橥Ｖ?。?jīng)查是由于數(shù)據(jù)通信遲滯導(dǎo)致。

（3）CM通信中斷。

T3000系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)、鍋爐壁溫等IDAS系統(tǒng)、TSI系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)等其他系統(tǒng)采用CM通信方式。

2012-01-10，鍋爐壁溫測點(diǎn)不能顯示，數(shù)據(jù)刷新慢，所有操作員站均有部分畫面死機(jī)，持續(xù)1.5 min后恢復(fù)正常。2012-01-17，因打開2個(gè)壁溫畫面，操作員站DCS多個(gè)畫面死機(jī)，關(guān)閉壁溫畫面約5 min后恢復(fù)正常。

（4）交換機(jī)故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞。

2010-3-30，6號機(jī)組DCS系統(tǒng)OM畫面刷新變慢，調(diào)用新畫面時(shí)間較長，特別是打開DEH系統(tǒng)畫面時(shí)間更長并出現(xiàn)大量壞點(diǎn)。檢查操作員站，DCS和DEH服務(wù)器負(fù)荷正常，檢查T3000系統(tǒng)各進(jìn)程內(nèi)存占用情況正常。檢查發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心交換機(jī)B在間歇式重啟，大約5 min 1次，在中心交換機(jī)重啟的過程讀取DEH系統(tǒng)畫面信息，導(dǎo)致卡澀現(xiàn)象。

1.3.2 故障原因分析

T3000系統(tǒng)采用西門子特有的環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，使用1對OSM（光網(wǎng)交換機(jī)），主站、從站互為備用。所有信息通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)出現(xiàn)異?；蛘吖收蠒r(shí)，會(huì)導(dǎo)致DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)阻塞或者中斷。

2 提高系統(tǒng)可靠性的措施

DCS系統(tǒng)可靠性直接關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，如何提高DCS系統(tǒng)可靠性、降低DCS系統(tǒng)故障率非常重要。

2.1 提高系統(tǒng)接地和信號屏蔽可靠性

T3000系統(tǒng)接地包括2個(gè)部分：一是安全接地，使保護(hù)人員不受電氣傷害；二是信號接地，消除高頻干擾。接地點(diǎn)的電阻應(yīng)不大于5 Ω，接地導(dǎo)體使用絕緣的銅導(dǎo)線，其規(guī)格應(yīng)不小于最大的供電相線尺寸。要求接觸良好，每年需對接地進(jìn)行檢測以確保滿足系統(tǒng)的要求。

外部接線可能引入無線電和電磁干擾，使用雙絞線可以降低這些干擾的影響。屏蔽線可以有效消除高頻干擾和外部引起的干擾。屏蔽線應(yīng)該單端接地，盡量接在DCS機(jī)柜側(cè)接地銅排上。

DCS系統(tǒng)接地良好和外部信號屏蔽良好，可以有效避免系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾，為DCS系統(tǒng)安全提供保障。

2.2 加強(qiáng)人員培訓(xùn)，開展定期巡檢工作

編寫T3000系統(tǒng)典型故障快速查找表，對典型故障進(jìn)行分類，包括故障現(xiàn)象分析、檢查處理步驟及注意事項(xiàng)、采取的安全措施、故障涉及設(shè)備及聯(lián)鎖保護(hù)等。所有相關(guān)人員參與編寫AP控制器和主/重要設(shè)備異常、故障搶修預(yù)案，并按照搶修預(yù)案進(jìn)行反事故演習(xí)，提高應(yīng)對DCS系統(tǒng)異常事件的處理水平和能力。

結(jié)合DCS系統(tǒng)所有卡件故障報(bào)警指示燈、異?，F(xiàn)象，對DCS系統(tǒng)定期巡檢、定期維護(hù)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，有效避免DCS系統(tǒng)異常、故障事件擴(kuò)大化。

2.3 強(qiáng)化管理、完善設(shè)備優(yōu)化

（1）對機(jī)組的主保護(hù)信號進(jìn)行全面梳理，編寫保護(hù)投退操作卡和邏輯、信號強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)表單，有效防止故障處理時(shí)人為誤操作。

（2）針對所有DCS系統(tǒng)操作編寫標(biāo)準(zhǔn)操作卡，如遠(yuǎn)程登陸診斷操作卡、CPU卡件更換操作卡、項(xiàng)目數(shù)據(jù)導(dǎo)出備份操作卡、AP數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)同步操作卡、T3000進(jìn)程重啟操作卡等。要求所有熱控人員熟練掌握，并規(guī)范操作，有利于專業(yè)管理和風(fēng)險(xiǎn)分散。

（3）軟件組態(tài)時(shí)，模擬量采集模塊的濾波功能要打開，還應(yīng)設(shè)置上/下限和死區(qū)，避免因數(shù)據(jù)的微小變化而影響控制器的通信進(jìn)程。

（4）優(yōu)化和刪除控制器中沒有用途的邏輯或者垃圾邏輯，減輕控制器負(fù)荷率，減少不必要的數(shù)據(jù)交換，提高AP控制器和服務(wù)器性能。

3 結(jié)語

寧海發(fā)電B廠在機(jī)組調(diào)試及運(yùn)行過程中，對T3000系統(tǒng)的軟/硬件、通信及系統(tǒng)配置等進(jìn)行優(yōu)化，并對機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，尋求解決辦法，同時(shí)編寫DCS系統(tǒng)控制失靈應(yīng)急處理預(yù)案，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

[1]張澎濤，周鵬，張秉權(quán)，等.西門子SPPA T3000 DCS系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2008，26（4）∶70－73.

[2]電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型故障應(yīng)急處理預(yù)案西門子T3000和TXP系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2012.

（本文編輯：徐晗）

Application of Siemens SPPA T3000 Control System and the Fault Handling

WANG Li-wen
（Shenhua Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315612，China）

The paper introduces network structure and hardware composition of Siemens SPPA T3000 control system;it mainly analyzes problems in the application of the system in 2×1 000 MW units of Zhejiang Guohua Ninghai B Power Plant and presents the solution and countermeasures.

SPPA T3000；automatic control；fault analysis；reliability；measure

TK38

：B

：1007-1881（2013）07-0052-04

2012-11-21

王立文（1973-），男，河北張家口人，工程師，從事熱工自動(dòng)化控制方面研究和管理。