華伊卓資熱電廠1#機組DCS控制器頻繁脫網問題的分析及解決方法

田文亮

（內蒙古華伊卓資熱電有限公司，內蒙古 烏蘭察布 012300）

華伊卓資熱電有限公司1#～4#機組為200MW燃煤發電機組，DCS系統采用國電南自公司生產的TCS3000分散控制系統，PCS3000系統的核心控制器采用MOXoc開放標準式控制系統。控制器可以通過工業以太網TCP/IP、MODBUS以及其他現場總線提供良好的通訊能力，網絡結構為環型雙網結構。

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#機組獨立監控操作；公用控制系統納入#1機組監控操作，DCS網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1

從圖中可以看出，上層網絡為監控層,通訊速率100Mbps，負責5臺操作員站、歷史站的通訊；下層網絡為控制層，通訊速率10/100Mbps自適應，負責1#機組15對控制器及公用控制系統3對控制器的通訊；且SIS系統通訊的OPC服務器與下層網絡直接相連。

2 事件過程描述

2018年11月6日開始，1#機組DCS多次出現了多個控制器無規律的反復脫網的情況, 下午并出現與集團網絡中斷現象。熱工維護人員檢查了供電電源等方面，未發現問題，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上網。11月14日將OPC服務器由原來與下層網絡連接改為與上層網絡連接,至今為止，沒有再出現控制器脫網現象。

3 問題分析

根據此次1#機組DCS控制器長時間的頻繁脫網的發生過程，根據檢查及分析網絡的高負荷的因素如下，需要進行完善和防范。

3．1 控制網絡（下層網）負荷率較高

能夠致使1#機組DCS控制網絡負荷高的因素有如下幾個方面。

（1）由于控制網絡負荷較高，網絡的穩定性差，某個控制器出錯或通訊端口有接觸不良時，也會發生誤碼，丟包現象明顯，導致信息重復發送，致使網絡負荷增大。

（2）當某個控制器出現瞬間高負荷而導致網絡堵塞時，其他控制器就會發生連鎖反應，從加劇網絡堵塞的嚴重程度，從測試報告中：單個控制器網口負荷的最小為2.1%，最大為3.3%。通過這個測試結果來分析，控制網絡主干負荷會是很高的。

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

口網管型交換機組成，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，在瞬間負荷較大時，可能出現擁堵現象，致使控制器脫網并發生切換。一般來說，24端口的交換機使用18個端口為宜。

OPC站接入控制網絡（下層網）上，致使控制網絡負荷增大，我廠1#機組DCS的數

據流向如圖2所示。

圖2

從圖中OPC站直接接入控制網絡（下層網），它的位置級別等同于服務器，和服務器一樣的速度讀取各控制器的所有數據，原本控制器向監控網絡傳輸數據的對象只有A、B服務器，然而增加一個OPC站，致使控制網絡負荷比原來增大50%，這顯然是控制網絡及控制器額外的負擔。

3．2 控制網絡交換機的端口加數據流量控制閘門

DCS控制網絡通訊速率為10/100Mbps自適應，也就是說一個控制器上網可以享受每秒最大通訊數據量為100Mbit，再把控制器的數據、服務器向操作員發送控制器的指令數據都加起來是非常大的數據量，如果端口流量控制不加以限制，足以造成網絡癱瘓。

3．3 OPC數據傳輸周期過快

OPC站是向SIS傳輸數據，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據，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控制網絡增加一對交換機。每臺機組DCS的控制網絡增加一對Cisco24端口網管型交換機，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，緩解網絡擁堵現象。

（2）1#～4#機組OPC的網線也改接為監控層網絡。把1#～4#機組的OPC由原來掛在控制網絡上，也改為分別掛各自在監控層網絡（上層網）上，這樣減少控制網絡負荷，優化后1#～4#機組DCS的數據流向如圖3所示。

圖3

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

（4）降低OPC數據傳輸率。OPC電腦是向SIS傳輸數據，因為SIS沒有參與控制的功能，也不需要有分析事故的數據，所以，不需要與操作員站一樣的實時等級的數據，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網絡負荷測試。這次事件后，OPC電腦改為從服務器讀取數據，又對OPC去SIS的數據進行了流量限制，控制網絡的負荷應該有一些改善，從而需要進行一次DCS網絡負荷測試，以檢驗效果；但因為機組在運行時，考慮到機組的運行安全，不推薦在線測量網絡負荷，但可在機組檢修時進行測量；推薦在測量單個控制器網口負荷的基礎上，還要測量網絡主干的平均負荷及最大負荷，這樣的數據更有參考價值。

5 結語

熱工維護人員要求對DCS系統的故障判斷及處理方法應熟練掌握。要對DCS系統和SIS系統的組成結構有所了解，且要求掌握對通信、網絡、計算機技術等相應的知識。在日常的維護過程中，應加強對系統的管理及對維護人員的系統培訓工作，提高系統安全可靠的運行。