華伊卓資熱電廠1#機組DCS控制器頻繁脫網(wǎng)問題的分析及解決方法

田文亮

（內(nèi)蒙古華伊卓資熱電有限公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012300）

華伊卓資熱電有限公司1#～4#機組為200MW燃煤發(fā)電機組，DCS系統(tǒng)采用國電南自公司生產(chǎn)的TCS3000分散控制系統(tǒng)，PCS3000系統(tǒng)的核心控制器采用MOXoc開放標(biāo)準(zhǔn)式控制系統(tǒng)。控制器可以通過工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP、MODBUS以及其他現(xiàn)場總線提供良好的通訊能力，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)型雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

1 1#機組DCS基本狀況

1#、2#機組屬于兩機一控的控制方式,1#、2#機組獨立監(jiān)控操作；公用控制系統(tǒng)納入#1機組監(jiān)控操作，DCS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

從圖中可以看出，上層網(wǎng)絡(luò)為監(jiān)控層,通訊速率100Mbps，負(fù)責(zé)5臺操作員站、歷史站的通訊；下層網(wǎng)絡(luò)為控制層，通訊速率10/100Mbps自適應(yīng)，負(fù)責(zé)1#機組15對控制器及公用控制系統(tǒng)3對控制器的通訊；且SIS系統(tǒng)通訊的OPC服務(wù)器與下層網(wǎng)絡(luò)直接相連。

2 事件過程描述

2018年11月6日開始，1#機組DCS多次出現(xiàn)了多個控制器無規(guī)律的反復(fù)脫網(wǎng)的情況, 下午并出現(xiàn)與集團網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象。熱工維護人員檢查了供電電源等方面，未發(fā)現(xiàn)問題，后將OPC電腦退出運行，控制器脫線的情況有了緩解，于11月6日下午控制器全部恢復(fù)上網(wǎng)。11月14日將OPC服務(wù)器由原來與下層網(wǎng)絡(luò)連接改為與上層網(wǎng)絡(luò)連接,至今為止，沒有再出現(xiàn)控制器脫網(wǎng)現(xiàn)象。

3 問題分析

根據(jù)此次1#機組DCS控制器長時間的頻繁脫網(wǎng)的發(fā)生過程，根據(jù)檢查及分析網(wǎng)絡(luò)的高負(fù)荷的因素如下，需要進行完善和防范。

3．1 控制網(wǎng)絡(luò)（下層網(wǎng)）負(fù)荷率較高

能夠致使1#機組DCS控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷高的因素有如下幾個方面。

（1）由于控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性差，某個控制器出錯或通訊端口有接觸不良時，也會發(fā)生誤碼，丟包現(xiàn)象明顯，導(dǎo)致信息重復(fù)發(fā)送，致使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增大。

（2）當(dāng)某個控制器出現(xiàn)瞬間高負(fù)荷而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞時，其他控制器就會發(fā)生連鎖反應(yīng)，從加劇網(wǎng)絡(luò)堵塞的嚴(yán)重程度，從測試報告中：單個控制器網(wǎng)口負(fù)荷的最小為2.1%，最大為3.3%。通過這個測試結(jié)果來分析，控制網(wǎng)絡(luò)主干負(fù)荷會是很高的。

（3）控制網(wǎng)絡(luò)（下層網(wǎng)）配置過于緊湊，控制網(wǎng)絡(luò)有兩臺Cisco Catalyst 2960 24端

口網(wǎng)管型交換機組成，交換機的24端口全部被使用，使每個端口的使用帶寬相對變窄，在瞬間負(fù)荷較大時，可能出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，致使控制器脫網(wǎng)并發(fā)生切換。一般來說，24端口的交換機使用18個端口為宜。

OPC站接入控制網(wǎng)絡(luò)（下層網(wǎng)）上，致使控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增大，我廠1#機組DCS的數(shù)

據(jù)流向如圖2所示。

圖2

從圖中OPC站直接接入控制網(wǎng)絡(luò)（下層網(wǎng)），它的位置級別等同于服務(wù)器，和服務(wù)器一樣的速度讀取各控制器的所有數(shù)據(jù)，原本控制器向監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的對象只有A、B服務(wù)器，然而增加一個OPC站，致使控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷比原來增大50%，這顯然是控制網(wǎng)絡(luò)及控制器額外的負(fù)擔(dān)。

3．2 控制網(wǎng)絡(luò)交換機的端口加數(shù)據(jù)流量控制閘門

DCS控制網(wǎng)絡(luò)通訊速率為10/100Mbps自適應(yīng)，也就是說一個控制器上網(wǎng)可以享受每秒最大通訊數(shù)據(jù)量為100Mbit，再把控制器的數(shù)據(jù)、服務(wù)器向操作員發(fā)送控制器的指令數(shù)據(jù)都加起來是非常大的數(shù)據(jù)量，如果端口流量控制不加以限制，足以造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3．3 OPC數(shù)據(jù)傳輸周期過快

OPC站是向SIS傳輸數(shù)據(jù)，因為SIS沒有參與控制的功能，所以不需要與操作員站一樣的實時等級的數(shù)據(jù)，一般來說只要分鐘級的實時程度。

4 整改措施

（1）每臺機組DCS控制網(wǎng)絡(luò)增加一對交換機。每臺機組DCS的控制網(wǎng)絡(luò)增加一對Cisco24端口網(wǎng)管型交換機，使控制器通訊端口分配在3對交換機上，緩解交換機過于緊湊的配置，以增加控制器使用的相對帶寬，緩解網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象。

（2）1#～4#機組OPC的網(wǎng)線也改接為監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)。把1#～4#機組的OPC由原來掛在控制網(wǎng)絡(luò)上，也改為分別掛各自在監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)（上層網(wǎng)）上，這樣減少控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，優(yōu)化后1#～4#機組DCS的數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

圖3

（3）DCS控制網(wǎng)絡(luò)的交換機端口加流量控制。DCS的每個控制器對外周期的數(shù)據(jù)量是固定的；還有一些隨機數(shù)據(jù)量，例如：I/O報警信號的數(shù)據(jù)量，但是可估計的，考慮到估計的誤差和允許網(wǎng)絡(luò)有丟包重發(fā)的情況，因此再留有一些裕量，把它們的數(shù)據(jù)量加起來，就是這個控制器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，以此為依據(jù)做交換機端口流量限制。

（4）降低OPC數(shù)據(jù)傳輸率。OPC電腦是向SIS傳輸數(shù)據(jù)，因為SIS沒有參與控制的功能，也不需要有分析事故的數(shù)據(jù)，所以，不需要與操作員站一樣的實時等級的數(shù)據(jù)，一般來說只要分鐘級的實時程度為宜。

（5）在檢修時進行一次DCS網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷測試。這次事件后，OPC電腦改為從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，又對OPC去SIS的數(shù)據(jù)進行了流量限制，控制網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷應(yīng)該有一些改善，從而需要進行一次DCS網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷測試，以檢驗效果；但因為機組在運行時，考慮到機組的運行安全，不推薦在線測量網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，但可在機組檢修時進行測量；推薦在測量單個控制器網(wǎng)口負(fù)荷的基礎(chǔ)上，還要測量網(wǎng)絡(luò)主干的平均負(fù)荷及最大負(fù)荷，這樣的數(shù)據(jù)更有參考價值。

5 結(jié)語

熱工維護人員要求對DCS系統(tǒng)的故障判斷及處理方法應(yīng)熟練掌握。要對DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)有所了解，且要求掌握對通信、網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)等相應(yīng)的知識。在日常的維護過程中，應(yīng)加強對系統(tǒng)的管理及對維護人員的系統(tǒng)培訓(xùn)工作，提高系統(tǒng)安全可靠的運行。