淺談DCS系統生產應用中存在的問題和處理策略

高士忠

（廈門國貿中順環保能源股份有限公司，福建廈門361022）

0 引言

分散控制系統（DCS）于1975年問世，經歷40多年的發展歷程，在各行各業生產過程控制中占據了重要的地位。DCS系統的穩定運行直接關系到企業生產的安全穩定進行，通過同行業的交流、網絡/報紙雜志等的學習可知，在熱電企業生產過程控制中，由于DCS系統自身原因引起熱工保護誤動而造成的機爐電聯跳，在全部熱工保護誤動中占有一定的比例。目前新建、擴建、改建熱電企業的爐外脫硫脫硝、化水控制、輸煤控制系統等均采用和鍋爐主系統相同的控制系統，即DCS系統。主輔系統統一，控制系統單一，備品備件通用性強、管理方便，維護檢修人員的培訓相對較集中，在很大程度上降低了企業的運營成本。隨著DCS系統應用的范圍變廣，DCS系統自身出現的問題概率也就增加了；隨著計算機技術的飛速發展，不斷推動DCS系統的技術革新，其在功能方面逐步強大，但在企業實際生產應用中，DCS系統在投入運行后的管理和運營維護等方面還存在很多問題，具有一定的安全隱患。

1 我司近幾年來DCS系統運行存在的問題和處理策略

我司共兩期工程三臺鍋爐兩臺發電機組，Ⅰ期2×75 t/h循環流化床燃煤鍋爐，配備2×6 MW汽輪發電機，DCS系統采用福大自動化科技有限公司IAP-Pinecontrol系統，自2004年投運以來，截至目前已投入使用14年左右的時間，DCS控制系統基本是不間斷連續可靠運行，硬件基本都沒有更換過。本系統硬件采用的是OMRON-CS1D系列，系統共有五個控制站，每個站都配有雙路CS1D-CPU、雙路ETN21以及各種規格的IO卡件。Ⅱ期1×75 t/h循環流化床燃煤鍋爐項目的控制系統采用和利時HOLLIAS-MACSV5系統，于2013年投運。目前兩套控制系統的操作模式都是獨立運行的（兩套不同品牌的系統），在運行1#鍋爐和3#鍋爐、2#鍋爐和3#鍋爐時（即運行Ⅰ期與Ⅱ期部分爐、機、電的設備時），必須同時要兼顧到兩套系統的操作員站，坐在操作1#、2#鍋爐系統操作員站的人員就無法方便快捷地監控到Ⅱ期設備。根據近幾年的運行情況，我司所投運的這兩套DCS系統相對還是很穩定的。

后按照環保要求，我司于2013年進行爐外脫硫脫硝改造，配套和利時HOLLIAS-MACSV5系統；為了達到超低排放標準，2017年環保設備進一步升級改造（SNCR項目、臭氧脫硝項目），配套和利時HOLLIAS-MACSV6系統。在整個項目實施過程中，為了在MACSV5系統上能監控到MACSV6系統的數據，通過局域網，將MACSV6系統數據并入MACSV5系統進行監控，但也存在一些的問題，出現過雙服務器自身重啟、控制站死機、網絡風暴等危及生產安全的現象。

下面結合我司近幾年來DCS系統運行過程中出現的問題進行簡單分析，希望能給大家提供有益的幫助。

1.1 案例一

2006年3月28日，Ⅰ期DCS系統運行中，操作員站的監控畫面所有監測點數值狀態顯示“@@@@”符號，操作人員無法監控到現場運行設備情況，也無法進行遠程操控，導致鍋爐、汽機先后聯跳停運。后檢修人員趕到現場發現兩臺服務器CPU處于100%運行狀態，無法進行軟件操作（有死機現象），先后重新啟動服務器后系統恢復正常。

1.1.1 操作員站無法監視原因分析

查詢當時的歷史記錄和報警記錄，發現兩臺服務器在機組聯跳前還有數據存儲和報警記錄，由此可判斷，在兩臺服務器重啟前，服務器還在工作，還在采集數據和處理歷史存儲、報警等任務。后重新啟動服務器這段時間就沒有任何記錄，由此說明數據傳輸層工作正常。問題發生在監視層，各個操作員站和服務器之間通信出現了堵塞和異常，造成操作員站監控畫面無法監視和操控，即操作員站與服務器站失去聯系，通信網絡中斷。

1.1.2 機組聯跳原因分析

經過大量數據分析，在服務器重新啟動前出現鍋爐“MFT”保護動作，接著相關機組設備也聯跳（含停止給煤機），同時數據顯示跳閘的原因是“爐膛溫度低”。DCS系統的邏輯運算控制和運行過程都在控制站進行，與服務器及操作員站無關，因此，服務器和操作員站的停機和異常不會影響邏輯程序的正常運行。根據數據顯示分析，在鍋爐“MFT”動作時，服務器仍然在正常工作采集數據。在操作員站無法監視到機組運行的情況下，操作人員無法準確判斷機組運行狀態，即無法通過操作員站下達操控指令，機組設備運行參數偏離正常的工藝控制參數，導致“爐膛溫度低”熱工保護動作，引起“MFT”動作，導致鍋爐風機大聯鎖動作跳爐。

1.1.3 汽輪機組跳機原因分析

鍋爐風機聯跳，影響整個系統的蒸汽壓力，汽機抽汽壓力低，也就跟著“抽汽壓力低”熱工保護動作聯跳汽機。

1.1.4 服務器死機引起鍋爐跳閘原因分析

首先，當時服務器并沒有死機，仍然在采集、存儲數據和報警，只是和操作員站之間的通信中斷了；其次，服務器和操作員站屬于監控部分，和控制站的邏輯程序控制完全獨立，服務器和操作員站的異常不影響邏輯，更不會引起跳閘。

鍋爐跳閘原因是在操作員站無法監視到機組運行的情況下，操作人員無法準確判斷機組運行狀態，即無法通過操作員站下達操控指令，機組設備運行參數偏離正常的工藝控制參數，導致“爐膛溫度低”熱工保護動作，引起“MFT”動作，導致鍋爐風機大聯鎖動作跳爐。

1.1.5 預防類似情況發生的方法

從各種數據分析，要避免這種情況，方法如下：

一是服務器的CPU負荷不能太高（60%以上持續超過5 min就算高了）；

二是拆除了老式針式打印機以及有影響的外部設備（聲卡、U盤等），操作員站禁止運行游戲等和系統無關的程序；

三是服務器和外部系統的數據交換聯系（輸煤系統、CEMS系統、TSI系統等）要嚴格控制，盡量減少與外圍數據有交換聯系的系統（能合并成一個最好），預防數據交換聯系過多，增加服務器本身的不穩定因素；

四是解決DCS系統內部網絡通信數據交換引起的異?，F象，將系統外圍數據采集功能移至操作員站進行數據采集（外圍計算機或者網絡出現異常時，只影響單機操作員站，不影響服務器與其他操作員站間的數據交換），確保整套系統正常運行。

1.2 案例二

2006年6月16日，Ⅰ期DCS系統2#控制站雙CPU故障指示燈均亮，各操作員站對于2#控制站所含的信號均無法監控操作，監控畫面上的數據點位置顯示“？？？？”符號。

1.2.1 原因分析

檢查現場操作員站顯示及DCS系統對各控制站CPU運行監視情況并進行分析判斷，2#控制站CPU處于故障狀態，無法運行而引起整個控制站癱瘓，導致現場與控制站之間的數據交換中斷，致使操作員站無法監控到現場設備運行數據。在各方面的協調配合下，檢修人員在最短時間內發現2#控制站內部一條機籠間的數據線版本高引起整個控制站出現癱瘓，后經過重新拔插，數據交換正常，CPU運行正常，系統恢復穩定運行，并于機組停運期間更換版本號不一樣的數據通信線，調試好后正常投入運行至今。

1.2.2 預防類似情況發生的方法

在停運檢修期間，與廠家技術人員一起對整套系統所有軟、硬件進行徹底的檢查、試驗、調試，針對2#控制站機籠間數據通信線的軟件版本不配套引起控制站右側CPU故障后自動切換到左側CPU又出現相同問題而癱瘓的事故進一步做了詳細的檢查，發現整套系統就2#控制站出現一條版本不配套的數據通信線，其他控制站機籠間的數據線均正常，自2006年7月1日檢查后正常投運至今。

1.3 案例三

2010年7月30日，Ⅰ期DCS系統操作員站畫面電動門、風機等各狀態顯示為黑色，數秒后自動恢復正常。

1.3.1 原因分析

通過大量的歷史數據檢查分析，在故障現象發生時間段，服務器1、服務器2歷史數據存儲正常，說明當時服務器數據讀取正常；通過查報警歷史，在這個時間段里出現了多條原來一直存在的報警（相當于報警更新），說明有出現過報警更新，導致報警更新的可能原因有IFIX的開關、網絡切換等；操作員站、服務器在某個時刻出現網絡切換，導致數據在切換過程中出現了丟包現象，造成操作員站畫面出現部分數據無顯示的現象。

導致網絡切換的因素有：控制站CS1W-ETN21網絡數據交換卡出現通信異常自動切換、思科交換機使用年限久、網絡線接頭松動、老化等等。

1.3.2 預防類似情況發生的方法

針對類似情況，為防患于未然，通過對已連續運行5年多的（5個控制站）10個CS1W-ETN21網絡數據交換卡進行重新測試、試驗，針對切換速度滯后、信號燈顯示相對較弱的更換了3個卡件；并將思科交換機S2950更新為S2960版本交換機；為進一步確保系統網絡正常，將整套系統控制站到交換機的10條網絡線進行更新。經過近幾年的運行，類似上述現象再未出現。

1.4 案例四

爐外脫硫脫硝和利時HOLLIAS-MACSV5系統，整個網絡框架是上雙路下雙路冗余布局，雙服務器，2017年調試運行中出現過雙服務器自身重啟、控制站死機、網絡風暴等危及生產安全的現象。

（1）由于種種原因，爐外脫硫脫硝系統品牌一致、軟硬件版本不一樣，為了將MACSV6數據通過網內通信并入MACSV5系統，在做控制站邏輯算法時，由于低版本要兼容高版本，出現兩臺服務器先后自動重啟現象，操作員站畫面無法監測到生產數據，監控層與服務器網絡通信中斷，給生產帶來了很大的安全隱患，在數據采集工作完成后，整套系統調試好正常投運過程中，再一次出現被掛控制站CPU不運行、SNET等不亮等現象，直到檢修人員只能重新啟動控制站，整套系統才正常運行。和利時系統在進行軟硬件升級時，首先需要考慮到用戶現場實際情況，對于低版本兼容高版本時的不穩定不安全因素，應及時和客戶溝通并告知，因此，在今后新建、擴建、改建時要著重注意整套系統軟硬件的兼容性，否則會給企業生產帶來安全隱患。

（2）在MACSV5系統維護過程中，如在進行邏輯算法程序編譯正常后在線下裝時，時常出現初始化下裝，最終為了確保生產正常運行，直到機組停運時才下裝。MACSV5.2.5系統，服務器在做切換時，時常要切三次以上才能正常切換，給維護檢修人員帶來了極大的不便。后經向廠家技術人員詳細了解，MACSV5.2.5系統本身具有缺陷。

2 DCS系統運行維護管理措施

DCS系統是確保我司正常生產過程控制的核心，包含的主要設備多，系統是否穩定運行，大都取決于DCS系統的日常維護檢修工作是否到位，這對我們熱控管理和維護檢修人員提出了更高的要求。因此，我們要建立完善的DCS系統管理規定（軟硬件管理、審批管理、電子間管理等制度）；同行業間多進行交流學習，平時出現的現象和處理要做好臺賬記錄，不斷提高維護技能，不斷創新提高自身的維護檢修水平和能力，以進一步保障DCS系統更穩更優地服務于生產過程控制。

3 結語

我司兩套不同品牌版本不一的DCS系統，監控整個企業生產的設備較多，DCS系統還肩負著第三方數據采集任務（環保、能源計量、碳排放數據采集），在生產運行過程中也會出現不同的缺陷問題，但有些缺陷問題具有相似性，采取適當措施可以預防。筆者能力有限，僅就近幾年參與DCS系統維護檢修生產時遇到的問題在文中進行了闡述，供大家參考。在未來功能逐步強大的DCS系統會更加完善，更加穩定，也將更好地為熱電行業安全穩定生產服務。