西門子SPPA T3000控制系統的應用及故障處理

王立文

（神華浙江國華浙能發電有限公司，浙江寧波315612）

西門子SPPA T3000控制系統的應用及故障處理

王立文

（神華浙江國華浙能發電有限公司，浙江寧波315612）

介紹西門子SPPA T3000控制系統的網絡結構及硬件組成，重點分析了該系統在浙江國華寧海B廠2×1 000 MW機組的應用中出現的問題，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

國華寧海發電B廠自動控制系統主要包括單元機組DCS、公用系統DCS、脫硫DCS、電氣控制系統（NCS），采用了DCS，DEH，FGD-DCS系統一體化控制方案。單元機組DCS包括常規DCS和DEH兩部分，均采用西門子SPPA T3000控制系統，系統之間通過高性能的中心路由器（交換機）相互連接，在操作員站網絡這一層實現信息共享。單元機組網絡分為應用網絡、控制網絡和過程接口層，其中控制站與IO單元構成下層網絡，通信采用工業以太網ISO協議，工程師站、操作員站和打印機等組成上層網絡，通信采用以太網TCP/IP協議。各層網絡由工業以太網模塊（OSM）組成環形網絡結構，上、下層網絡間通過服務器進行數據交換。冗余服務器實現系統控制器管理、調試和數據采集、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據顯示和指令傳達。DCS系統網絡結構如圖1所示。

1 SPPA T3000系統的主要故障現象及分析

寧海發電B廠自機組投產至今，西門子SPPA T3000控制系統（以下簡稱T3000系統）出現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）和網絡模塊（CP443）組成，通過ProfiBus總線與下層卡件（IM153-2）進行通信和數據采集。網絡模件與CPU的通信通過背板總線進行并通過ProfiDP總線連接到下層網OSM通信模塊，以實現服務器數據采集和傳輸的實時性。

1.1.1 故障現象

（1）預制電纜故障。

在機組正常運行的過程中，經常出現整個卡件模擬量測點中斷、波動、部分信號跳變等現象，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系統服務器采用的是ft Server W系列4300系統，在機組正常運行過程中，曾經出現硬盤不同步、服務器內存故障等問題。

2010-12-17，巡檢發現6號DEH服務器硬盤冗余喪失。利用春節臨修時進行檢查，發現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，數據硬盤同步顯示故障。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60CKC05柜AD05槽DO卡件第4通道故障，指令無法發出，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，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，發現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。

（2）西門子T3000系統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，壞道部分的數據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據正常，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，減小了對電網的影響。

圖1 寧海B廠2×1 000 MW機組DCS系統網絡

（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。這一情況已經聯系西門子公司將故障卡件寄回德國檢測。所有故障現象均為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系統所有AP控制器單側故障搶修預案。

1.2 軟件故障

T3000系統軟件是將所有的任務放置在同一個綜合系統軟件中實現，包括工程設計、調試運行和系統診斷。這種理念簡化了T3000系統的結構，使得HMI、控制系統組態、診斷、歷史數據存儲等多個功能被包含在T3000的嵌入式組件服務程序中。在寧海發電廠調試及運行期間，T3000系統在算法模塊、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，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）報警系統異常。

2009-02-15，報警系統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，監視塊輸出端口無顯示，重新激活監視塊后正常。2011-6-5，5號機組DEH系統畫面“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系統打開趨勢圖無數據。2009-04-10，6號機組DCS系統無法調出歷史趨線。2009-04-16，6號機組DCS系統趨勢圖打不開。2009-04-25，5號機DEH系統趨勢圖內數據全為壞點。

（4）GPS系統時間出錯。

2008-11-11，5號DCS及DEH系統報警時間出錯，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系統趨勢點“U”報警。檢查發現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系統和DEH系統相繼出現記錄曲線斷點現象，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）歷史趨勢曲線變為虛線和GPS系統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進行版本升級，有效解決了上述問題。

1.3 通信系統故障

T3000系統的網絡架構主要由3部分組成：應用層網絡、控制層網絡、過程接口層。每層之間的通信協議有所不同，在調試及運行過程中，通信系統曾出現過各類問題。

1.3.1 故障現象及處理

（1）網絡癱瘓。

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3 min后自動恢復，分析為網絡數據阻塞導致。

2010-7-4，5號機組DCS系統響應緩慢，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，ASD報警復位功能一直在激活狀態，占用大量內存，導致DCS系統運行速度緩慢。

（2）網絡通信滯后。

2008-10-27，啟動頂軸油泵時，發現5號機組DCS系統畫面狀態曲線顯示比DEH系統的畫面顯示慢5 s。2008-11-24，6號機組閉式泵B跳閘，電流為零，延時20 s后狀態顯示才由運行變為停止。經查是由于數據通信遲滯導致。

（3）CM通信中斷。

T3000系統與發電機、鍋爐壁溫等IDAS系統、TSI系統、除灰系統等其他系統采用CM通信方式。

2012-01-10，鍋爐壁溫測點不能顯示，數據刷新慢，所有操作員站均有部分畫面死機，持續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）交換機故障導致網絡堵塞。

2010-3-30，6號機組DCS系統OM畫面刷新變慢，調用新畫面時間較長，特別是打開DEH系統畫面時間更長并出現大量壞點。檢查操作員站，DCS和DEH服務器負荷正常，檢查T3000系統各進程內存占用情況正常。檢查發現網絡中心交換機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系統畫面信息，導致卡澀現象。

1.3.2 故障原因分析

T3000系統采用西門子特有的環網冗余技術，使用1對OSM（光網交換機），主站、從站互為備用。所有信息通過服務器進行數據交換，所以當網絡交換機出現異常或者故障時，會導致DCS系統數據阻塞或者中斷。

2 提高系統可靠性的措施

DCS系統可靠性直接關系到機組的安全穩定運行，如何提高DCS系統可靠性、降低DCS系統故障率非常重要。

2.1 提高系統接地和信號屏蔽可靠性

T3000系統接地包括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系統接地良好和外部信號屏蔽良好，可以有效避免系統內部和外部的干擾，為DCS系統安全提供保障。

2.2 加強人員培訓，開展定期巡檢工作

編寫T3000系統典型故障快速查找表，對典型故障進行分類，包括故障現象分析、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系統異常事件的處理水平和能力。

結合DCS系統所有卡件故障報警指示燈、異常現象，對DCS系統定期巡檢、定期維護，確保及時發現問題及時處理，有效避免DCS系統異常、故障事件擴大化。

2.3 強化管理、完善設備優化

（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、項目數據導出備份操作卡、AP數據與工程數據同步操作卡、T3000進程重啟操作卡等。要求所有熱控人員熟練掌握，并規范操作，有利于專業管理和風險分散。

（3）軟件組態時，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，避免因數據的微小變化而影響控制器的通信進程。

（4）優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，減少不必要的數據交換，提高AP控制器和服務器性能。

3 結語

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

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

[2]電力行業熱工自動化技術委員會.火力發電廠分散控制系統典型故障應急處理預案西門子T3000和TXP系統[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。