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)絡結構及硬件組成，重點分析了該系統(tǒng)在浙江國華寧海B廠2×1 000 MW機組的應用中出現(xiàn)的問題，并提出解決方法和防范措施。

SPPA T3000；自動控制；故障分析；可靠性；措施

國華寧海發(fā)電B廠自動控制系統(tǒng)主要包括單元機組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）相互連接，在操作員站網(wǎng)絡這一層實現(xiàn)信息共享。單元機組網(wǎng)絡分為應用網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡和過程接口層，其中控制站與IO單元構成下層網(wǎng)絡，通信采用工業(yè)以太網(wǎng)ISO協(xié)議，工程師站、操作員站和打印機等組成上層網(wǎng)絡，通信采用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。各層網(wǎng)絡由工業(yè)以太網(wǎng)模塊（OSM）組成環(huán)形網(wǎng)絡結構，上、下層網(wǎng)絡間通過服務器進行數(shù)據(jù)交換。冗余服務器實現(xiàn)系統(tǒng)控制器管理、調試和數(shù)據(jù)采集、傳輸以及給水焓值計算等功能。操作員站、工程師站在實際生產中通過訪問機組服務器進行畫面數(shù)據(jù)顯示和指令傳達。DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖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廠自機組投產至今，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，本文從設備硬件故障、軟件故障、通信故障等方面進行分析。

1.1 硬件故障

T3000系統(tǒng)硬件結構主要包括服務器、交換機、控制器、IO卡件、預制電纜及FIM卡件。其中控制器由電源模塊（PS405）、CPU模塊（S7-417）和網(wǎng)絡模塊（CP443）組成，通過ProfiBus總線與下層卡件（IM153-2）進行通信和數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)絡模件與CPU的通信通過背板總線進行并通過ProfiDP總線連接到下層網(wǎng)OSM通信模塊，以實現(xiàn)服務器數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶崟r性。

1.1.1 故障現(xiàn)象

（1）預制電纜故障。

在機組正常運行的過程中，經常出現(xiàn)整個卡件模擬量測點中斷、波動、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U相溫度，驅動端、非驅動端軸承溫度瞬間出現(xiàn)斷點；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給煤機指令與反饋偏差5%，檢查DCS輸出偏小，指令12 mA時實際電流小于11.2 mA；5號爐A側2號再熱器微量減溫水調節(jié)門開度波動較大，AO輸出異常。

（2）服務器故障。

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

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

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

2012-5-28，5號機組DCS系統(tǒng)服務器冗余故障報警，原因是UPS電源故障造成下層服務器停運，電源恢復、服務器重啟后，數(shù)據(jù)硬盤同步顯示故障。經西門子和服務器廠家專家確認，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門前電動門打開。2010-11-12，50CBA28柜AD010卡件AO指令信號中斷，導致現(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氣動執(zhí)行器全開。

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

1.1.2 故障原因分析及處理

（1）由于預制電纜問題導致信號異常的情況，經西門子公司進行檢測，發(fā)現(xiàn)系該批次預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制電纜進行更換后，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)服務器采用冗余設計，硬盤之間采用鏡像技術，所以對硬件的要求較為嚴格，服務器長時間運行后會導致服務器硬盤產生壞道，壞道部分的數(shù)據(jù)將無法與另外的硬盤進行冗余，服務器在這個過程中進行反復的檢測，產生故障報警。而實際服務器硬盤數(shù)據(jù)正常，切換正常。針對此種情況，將服務器故障分為3種類型，編制了B1，B2和B3三級應急預案，防止因事故的進一步擴大而導致機組跳閘，減小了對電網(wǎng)的影響。

圖1 寧海B廠2×1 000 MW機組DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡

（3）IO卡件故障的主要原因是電子產品使用時間過長后出現(xiàn)老化。停運的PS405卡件重新上電后，可以工作但電流偏大。這一情況已經聯(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，導致相應側AP控制器停運。如果控制器存在切換異常，則可能導致相應控制器控制設備異常。為此組織編寫了DCS系統(tǒng)所有AP控制器單側故障搶修預案。

1.2 軟件故障

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

1.2.1 故障現(xiàn)象

（1）算法模塊不運算。

2008-11-16，順控停6大風機時，1個“與”門前的2個條件都為“1”，結果輸出為“0”。2009-05-04，5號機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)，導致畫面報警。2010-11-12，6號機組啟動磨煤機B的允許啟動條件顯示被強制成“0”，但前一級卻輸出為“1”。2011-1-14，6號機組DCS系統(tǒng)A磨煤機允許啟動條件信號為“1”,但A磨煤機卻不允許啟動。

出現(xiàn)類似上述情況后，將邏輯重新激活即可恢復正常。

（2）報警系統(tǒng)異常。

2009-02-15，報警系統(tǒng)不能識別抑制報警點，造成大量抑制報警點無法恢復報警和無歷史存檔，將服務器重新啟動后，報警系統(tǒng)恢復正常。2011-12-1，5號DCS主控畫面中部分信號測點“U”報警，檢查邏輯運算正常，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號機組DEH系統(tǒng)畫面“U”報警，將PDS進程內存由135 MB改為187 MB，將OPC文件由8 000點配置成9 500點后正常。

（3）趨勢圖組件無法使用。

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

（4）GPS系統(tǒng)時間出錯。

2008-11-11，5號DCS及DEH系統(tǒng)報警時間出錯，11月11日的報警顯示日期為11月12日，11月12日的報警顯示11月13日。2012-06-30，5號、6號機組DCS及DEH系統(tǒng)趨勢點“U”報警。檢查發(fā)現(xiàn)2個GPS相差1 s，重啟時鐘后恢復正常。2012-07-27，5號、6號機組DCS系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)相繼出現(xiàn)記錄曲線斷點現(xiàn)象，經查實為GPS時鐘不同步造成。

1.2.2 故障原因分析及處理

（1）T3000系統(tǒng)中連接點或者個別算法模塊未激活，其主要原因是該點或者該算法模塊應用到多個方案頁中，當某個方案頁邏輯變動后進行激活時，未對關聯(lián)的方案頁進行激活，可能導致算法模塊無法正常運行。

（2）DEH系統(tǒng)內存較小、配置點較少。將PDS進程內存由135 MB改為187 MB，OPC文件由8 000點配置成9 500點，重新啟動服務器后即可恢復正常。

（3）歷史趨勢曲線變?yōu)樘摼€和GPS系統(tǒng)時間出錯的原因是服務器的GPS校時程序不同步，重啟GPS時鐘即可恢復正常運行。

目前西門子廠家已對系統(tǒng)進行版本升級，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)絡架構主要由3部分組成：應用層網(wǎng)絡、控制層網(wǎng)絡、過程接口層。每層之間的通信協(xié)議有所不同，在調試及運行過程中，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)絡癱瘓。

2009-12-18，5號機組AP503所有測點畫面顯示壞點，光字牌顯示一次風機RB，同時所有模擬量測點顯示為零，持續(xù)3 min后自動恢復，分析為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)阻塞導致。

2010-7-4，5號機組DCS系統(tǒng)響應緩慢，打開一幅畫面約需2 min，同時ASD報警無法復位，后經重啟AC進程后恢復正常。西門子系統(tǒng)管理員遠方登陸確認為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報警復位功能一直在激活狀態(tài)，占用大量內存，導致DCS系統(tǒng)運行速度緩慢。

（2）網(wǎng)絡通信滯后。

2008-10-27，啟動頂軸油泵時，發(fā)現(xiàn)5號機組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號機組閉式泵B跳閘，電流為零，延時20 s后狀態(tài)顯示才由運行變?yōu)橥Ｖ?。經查是由于?shù)據(jù)通信遲滯導致。

（3）CM通信中斷。

T3000系統(tǒng)與發(fā)電機、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，持續(xù)1.5 min后恢復正常。2012-01-17，因打開2個壁溫畫面，操作員站DCS多個畫面死機，關閉壁溫畫面約5 min后恢復正常。

（4）交換機故障導致網(wǎng)絡堵塞。

2010-3-30，6號機組DCS系統(tǒng)OM畫面刷新變慢，調用新畫面時間較長，特別是打開DEH系統(tǒng)畫面時間更長并出現(xiàn)大量壞點。檢查操作員站，DCS和DEH服務器負荷正常，檢查T3000系統(tǒng)各進程內存占用情況正常。檢查發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中心交換機B在間歇式重啟，大約5 min 1次，在中心交換機重啟的過程讀取DEH系統(tǒng)畫面信息，導致卡澀現(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，使用1對OSM（光網(wǎng)交換機），主站、從站互為備用。所有信息通過服務器進行數(shù)據(jù)交換，所以當網(wǎng)絡交換機出現(xiàn)異常或者故障時，會導致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)可靠性直接關系到機組的安全穩(wěn)定運行，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個部分：一是安全接地，使保護人員不受電氣傷害；二是信號接地，消除高頻干擾。接地點的電阻應不大于5 Ω，接地導體使用絕緣的銅導線，其規(guī)格應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。屏蔽線應該單端接地，盡量接在DCS機柜側接地銅排上。

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)內部和外部的干擾，為DCS系統(tǒng)安全提供保障。

2.2 加強人員培訓，開展定期巡檢工作

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

結合DCS系統(tǒng)所有卡件故障報警指示燈、異?，F(xiàn)象，對DCS系統(tǒng)定期巡檢、定期維護，確保及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理，有效避免DCS系統(tǒng)異常、故障事件擴大化。

2.3 強化管理、完善設備優(yōu)化

（1）對機組的主保護信號進行全面梳理，編寫保護投退操作卡和邏輯、信號強制標準表單，有效防止故障處理時人為誤操作。

（2）針對所有DCS系統(tǒng)操作編寫標準操作卡，如遠程登陸診斷操作卡、CPU卡件更換操作卡、項目數(shù)據(jù)導出備份操作卡、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)管理和風險分散。

（3）軟件組態(tài)時，模擬量采集模塊的濾波功能要打開，還應設置上/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，減輕控制器負荷率，減少不必要的數(shù)據(jù)交換，提高AP控制器和服務器性能。

3 結語

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

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

[2]電力行業(yè)熱工自動化技術委員會.火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型故障應急處理預案西門子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，從事熱工自動化控制方面研究和管理。