OVATION DCS系統控制器離線故障分析及處理

馬俊龍 閆超

摘 要：對一起OVATION DCS系統控制器柜內更換電源模塊引起控制器離線的故障進行分析，針對可能原因逐一排查，確定了控制柜卡件支線終端故障是其根本原因，并提出相應的改進措施及建議，確保了機組的安全穩定運行。

關鍵詞：DCS;控制器離線;終端

0? ? 引言

廣東惠州平海發電廠有限公司一期2×1 000 MW國產超超臨界機組，其控制系統（DCS）采用艾默生過程控制有限公司的OVATION系統，版本為3.2，通過計算機及相關配套設備構成工控系統，用于發電廠單元機組生產過程中設備的集中管理和分散控制。平海發電廠1、2號機組DCS系統采用核心交換機實現機組的多網絡結構，實現兩臺機組之間的數據交換。2號機組DCS系統由7臺操作員站、1臺數據服務器、1臺OPC站、2臺歷史站、29對控制器及系統平臺軟件等組成。OVATION系統在使用中故障率低，受到國內電廠好評，其在運行中也會出現各種故障，但一般都較容易解決[1-5]。

在平海發電廠機組運行過程中，系統曾出過一個其他機組未出現過的疑難故障，具體為8號控制器柜內冗余電源模塊多次發故障報警信號，報警時長持續2 s。在停機更換故障電源模塊時，新換電源模塊電源線插上，8號控制器柜一對冗余控制器同時離線，控制器停止運行;重啟控制后，控制器又運行正常;重新插上電源線時，故障復現。后經逐步排查，確定了故障原因，可為同類型故障處理提供參考。

1? ? 事件經過及處理過程

2號機組DCS系統已投產運行10年。2017年2月，2號機組DCS系統多次報電源模塊故障。進一步檢查發現，報警電源模塊為8號控制器柜內輔電源模塊。按照調度安排，機組即將調停，經過討論決定機組停運后更換故障電源模塊。機組調停后，開票更換此故障電源模塊。拔出故障電源與電源分配板的電源插頭，拆除故障電源模塊，更換新的電源模塊。當電源分配板的電源插頭插上電源模塊時，8號控制器柜主輔控制器同時離線、DCS系統畫面控制器狀態圖中主控制器和輔控制器變顏色，同時主輔控制器均報“Drop Off Highway”報警，控制器Error log信息為：t1：IO Library： device number 0.device type io. device state。重新啟動控制器CTRL8和CTRL58，控制狀態指示燈顯示正常，控制器運行正常。進一步試驗發現，相同的異常現象在主電源模塊更換時也同樣存在，當電源線插入電源模塊時，控制器離線。通過更換電源模塊、電源分配板和電源線、控制器、卡件底板、支線終端，確定原因為支線終端1故障，更換終端1后故障現象消失。

2? ? 原因分析及處理

復現故障現象時，發現只有在電源分配板電源線插入電源模塊瞬間，控制器才會出現離線故障。通過排查電源模塊、電源分配板、電源線、控制器、卡件底板、支線終端，確定了故障原因，更換故障模件后系統恢復正常。

2.1? ? 控制器系統電源分配供電原理

OVATION系統的供電系統由兩路冗余的AC/DC供電，通過冗余的二極管切換電源，可以為每一個控制器、每一個I/O線路分別提供電源。控制柜內有兩個功率相同的電源模塊和一個電源分配模塊。機柜電源分配圖如圖1所示。

2.2? ? 更換輔電源模塊

由于是電源線插入電源模塊時發生故障，首先需要排除更換的電源模塊有故障。重新更換新的電源模塊，進行相同操作時，在電源線插入新電源模塊瞬間，主輔控制器同時離線，DCS畫面報相同故障現象。將此電源模塊更換到其他控制器上，均沒有出現故障，控制器運行狀態正常。即判斷電源模塊本身沒有故障，引起控制器離線的原因存在于機柜內，與新更換的電源模塊無關。

2.3? ? 更換電源分配板和輔電源模塊連接的電源線

排除了電源模塊故障，接著排查電源分配板和電源線。更換電源分配板，當電源線插入新換電源模塊時，控制器離線同時報警。更換電源線再次試驗，依然是同樣故障。排查到這里，大家感到這個故障很隱蔽，不可思議。從電源分配供電原理圖中可知，與電源模塊直接相關的就是電源線和電源分配板，這些都未發現異常。對照原理圖，對整個控制柜內的設備逐一進行檢查排除。

2.4? ? 更換支線終端

整個控制柜內設備基本排查完畢。電壓終端是DCS系統特有模件，用來判斷支線的開始或結束。逐一更換終端1～4，做同樣的試驗，發現只有更換終端1時，不出現同樣故障。至此可以判斷，控制器離線故障的原因為終端1內部故障。為了安全起見，同樣更換了終端2～4。

2.5? ? 更換DPU底板、控制器、ROP板、卡件背板

為了找出問題所在，逐一排查整個控制柜內所有設備。按照試驗方法，逐一更換DPU底板、控制器、ROP板、卡件背板，插上電源線做重復試驗，故障現象依然存在。分支上輸出輔助電源，但是測量基座上A17、A18接線端子的對地電壓可以發現，正端對地電壓不到24 V，負端對地有電壓，運行時把分支負載端直接接地。

2.6? ? 停機排查處理措施

（1）檢查接地銅排上的固定螺絲是否擰緊。

（2）檢查電源分配板P11的插頭上的接地短接線（2口到5口）是否正確。

（3）控制器檢查：

1）接通電源前檢查控制器卡座的連接情況，若發現連接不良，則重新固定連接;同時查看網線的連接情況。

2）由于控制器與卡槽之間有縫隙，控制器卡件可能因插入而出現弧度，這種形變會造成控制器與卡槽之間接觸不良，如果長期運行會引起卡件故障。正確處理辦法是擰松控制器機箱左右側各枚螺釘，同時調節好卡槽的間隙，確保插入后不變形。

3）調整控制器電源插卡與PCRL（PCRR）卡的位置并固定，保證控制器箱開關門不會引起控制器的開關。

（4）檢查基座導軌和控制器柜背板之間的連接是否良好，在檢查到基座導軌與背板之間的連接時，發現連接不良。

圖2為機柜接地連接圖。為了防止設備部件被過電壓，柜內非電流承載金屬部件都必須連接到一個保護接地。此外，不必要的干擾電可以通過使用環形基準而減少。

接地原則：不允許通過非OVATION的設備接地。不要將OVATION中EMC的接地點接到用于高壓設備的點。

群機柜（EMC）連接的原則：在EMC成組接地連接時設立中心機柜（最多連接柜不超過4個機柜），連接時用不小于4AWG電纜，將設計在機柜底部的專用螺釘連接，從機柜到接地點阻抗最好不大于1 Ω。組群中所有機柜的不大于4AWG的電纜連接在一起。接地點機柜中最遠地方的接地電纜總長要小于15.24 m（50 ft）。最小電位接地時選擇與EMC接地點電位相同的地點接地AC機柜組。再通過將AC安全分布連接，同時避免在一個中間負載中心連接到大地的方法，從而最小化接地電位，連接電源分配板上的PGND。

3? ? 結語

至此可以判斷故障為輔助電源的負載端接地不良，導致更換電源模塊時，控制器離線。此故障隱蔽，較難發現。針對該情況咨詢了其他單位和廠家，未發現同樣故障。為保障機組安全運行，消除此類隱患，計劃停機對系統所有基座與導軌之間的連接進行排查，以保障機組的穩定運行。

[參考文獻]

[1] 上海西屋控制系統有限公司.OVATION系統硬件培訓手冊[Z]，2005.

[2] 王峪梅.OVATION系統運行典型故障及處理方法[J].電子科技，2011，24（10）：132-135.

[3] 高巨賢.Ovation系統的網絡故障判斷及案例分析[J].自動化應用，2017（11）：86-88.

[4] 王志偉.Ovation系統調試階段常見硬件故障診斷分析[J].科技創新與應用，2016（34）：102.

[5] 邵程安，郭勇.提高OVATION控制系統維護可靠性的分析與預控措施[J].浙江電力，2019，38（8）：110-114.

收稿日期：2021-03-29

作者簡介：馬俊龍（1988—），男，湖北荊門人，工程師，從事火電廠熱工控制及優化工作。

閆超（1983—），男，湖北棗陽人，工程師，從事火電廠熱工控制及優化工作。