西门子TXP分散控制系统网络故障分析与处理
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【摘要】本文讲述了西门子TELEPERM XP分散控制系统结构及功能，重点分析了其网络故障方式、现象以及对网络故障的处理方法。
1.TELEPERM XP控制系统简介
TELEPERM XP分散控制系统（以下简称TXP），是德国西门子电站自动化有限公司专门为电厂开发设计的控制系统。该分散控制系统主要由五大部分组成，分别是：实现过程自动控制的自动控制系统（AS620）;实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统（OM650）;实现系统组态和设计的工程师系统（ES680）;用于系统状态诊断和故障分析的诊断系统（DS670）;以及连接所有设备的SINEC总线系统。
图1 TXP分散控制系统结构图
2.TELEPERM XP总线系统介绍
TXP总线系统包括工厂总线和终端总线，均为通过光缆建立的局域以太网，采用标准的TCP/IP协议。传输速率为100M/秒。工厂总线担负AP控制器之间及AP控制器与PU服务器之间的通讯任务，它为工业以太网，遵循ISO/OSI的七层结构建立起来的国际标准通讯协议。终端总线负责操作员站OT、工程师站ES与PU服务器、SU服务器之间的通讯。
工厂总线和终端总线的网络装置采用西门子公司生产的OSM光纤转换模件，每个模件配置有2个100Mb等级的光纤接口及6个10Mb的Sub-D接口，其中2个光纤接口用于OSM间的互联，使多个OSM组成高速以太网络，其中必须有一个OSM设置RM冗余管理模式。
图2 网络结构图
图3 工厂总线与终端总线结构图
RM冗余管理模式是指正常状态时RM模式下的OSM装置两光纤接口处于断开状态，网络成为虚拟环（网络不能是真正的环路）。当网络中其它地方因故障出现断点时，RM模式的OSM装置两光纤接口自动闭合（闭合时间小于0.3s，无扰闭合），此时网络上仍只是一路断点，使网络上的设备通讯始终保持链路上的正常连接。当故障断点恢复时，RM模式的OSM装置光纤接口重新断开进入监视状态，通过此方式构成冗余的网络结构。当网络中出现两处或以上的故障断点时，总线上的通讯才会受影响。
TXP分散控制系统的总线网络具有高传输容量、高可靠性、单故障冗余等特点。以下将分别介绍工厂总线和终端总线的故障方式、故障现象及故障处理。
3.工厂总线网络冗余失去处理
3.1 故障现象
（1）操作员站ASD报警画面出现工厂总线网络故障报警;DCS运行状态正常，不影响运行人员对机组的监视和操作。
（2）工厂总线虚拟冗余开关设置的OSM网络装置RM灯亮，总线网络冗余失去;单个或多个OSM网络装置FAULT故障灯亮;
3.2 故障原因
（1）OSM网络装置故障;
（2）OSM网络装置总线光纤接口故障;
（3）总线单路光纤损坏，此路通讯中断。
3.3 故障后果
（1）DCS工厂总线网络冗余失去，系统可靠性降低;
（2）单路网络保持正常工作，不影响网络上所有设备的正常运行。
3.4 故障处理
（1）检查工厂总线各OSM网络装置工作指示灯状态，确定故障OSM或光纤;
（2）在作检查处理前，做好隔离措施，避免影响另一路网络的正常工作;
（3）检查FAULT灯亮的OSM，FAULT灯亮表示OSM中有网络端口通讯中断或OSM故障;查看两个总线光纤端口状态指示灯，指示灯灭表示端口无数据通过，通讯中断，优先考虑更换此端口连接的光纤;
（4）更换光纤后，FAULT灯仍然亮着，则考虑OSM装置故障;对此OSM上所有连接设备进行分析，评估更换OSM时影响机组正常运行的程度，如果风险太高，建议维持单路网络运行，待机组停机时再作更换工作;
（5）如评估可在线更换，则更换前务必做好保护措施和隔离措施，避免影响另一路网络的正常工作;注意更换前先断开故障OSM的供电开关再进行更换，新的OSM跳线设置应与旧的一致;
（6）新OSM更换后，接入其所有端口的通讯接线，重新送电恢复OSM正常工作，确认FAULT故障灯和RM指示灯均已熄灭，工厂总线恢复冗余状态。
4.工厂总线网络瘫痪处理
4.1 故障现象
（1）机组跳闸;操作员站画面变红，失去监视。
（2）工厂总线OSM网络装置电源指示灯灭或FAULT灯亮;工厂总线OSM网络装置流量指示灯全黄。
4.2 故障原因
（1）外部设备接入，引起工厂总线网络风暴;
（2）OSM网络装置供电失去;
（3）OSM网络装置故障。
4.3 故障后果
（1）工厂总线网络瘫痪，各AP控制器间通讯中断，保护误动机组跳闸;
（2）操作员站画面变红，运行人员对机组参数和设备失去监视和控制。
4.4 故障处理
（1）工厂总线OSM网络装置供电失去时，检查网络装置OSM的供电回路，查找故障点，恢复供电;当DCS全部电源失去时，参考《DCS全部电源失去应急处置方案》进行处理;
（2）当工厂总线网络装置故障时，检查事件历史记录，查找网络故障原因;检查OSM网络装置指示灯，FAULT灯亮表示故障，RM灯亮时表示网络中断，冗余失去;当OSM故障时，更换OSM网络装置;当网络中断故障时，查找故障点，更换连接光纤;
（3）当网络风暴引起网络瘫痪时，检查工厂总线是否有外部设备接入，断开外部设备;检查控制柜CP1430通讯模件指示灯，RUN灯亮表示正常，STOP灯亮表示故障;检查工厂总线各网络接线是否有虚接、松动现象，确定其连接牢固、接触良好;断开工厂总线所有OSM网络装置供电电源，然后逐台送电重启。
5.终端总线网络冗余失去处理
5.1 故障现象
（1）操作员站ASD报警画面出现终端总线网络故障报警;DCS运行状态正常，不影响运行人员对机组的监视和操作。
（2）终端总线虚拟冗余开关设置的OSM网络装置RM灯亮，总线网络冗余失去;单个或多个OSM网络装置FAULT故障灯亮;
5.2 故障原因
（1）OSM网络装置故障;
（2）OSM网络装置总线光纤接口故障;
（3）总线单路光纤损坏，此路通讯中断。
5.3 故障后果
（1）DCS终端总线网络冗余失去，系统可靠性降低;
（2）单路网络保持正常工作，不影响网络上所有设备的正常运行。
5.4 故障处理
（1）检查终端总线各OSM网络装置工作指示灯状态，确定故障OSM或光纤;
（2）在作检查处理前，做好隔离措施，避免影响另一路网络的正常工作;
（3）检查FAULT灯亮的OSM，FAULT灯亮表示OSM中有网络端口通讯中断或OSM故障;查看两个总线光纤端口状态指示灯，指示灯灭表示端口无数据通过，通讯中断，优先考虑更换此端口连接的光纤;
（4）更换光纤后，FAULT灯仍然亮着，则考虑OSM装置故障，更换前务必做好保护措施和隔离措施，避免影响另一路网络的正常工作;注意更换前先停止与该OSM连接的计算机，断开故障OSM的供电开关再进行更换，新的OSM跳线设置应与旧的一致;
（5）如冗余服务器两台计算机都与故障OSM连接，则先将其中一台计算机的通讯线接至别的正常工作的OSM空余端口上，更换OSM的过程中，必须保持至少单路服务器正常工作，不少于两台操作员站供运行人员使用;
（6）新OSM更换后，接入其所有端口的通讯接线，重新送电恢复OSM正常工作，确认FAULT故障灯和RM指示灯均已熄灭，终端总线恢复冗余状态。
6.终端总线网络瘫痪处理
6.1 故障现象
（1）操作员站全部画面显示变红，画面上测点无法正常显示数值，失去监视;画面上设备无法点击操作，相关设备无法控制，设备就地运行状态不变;
（2）OSM网络装置电源指示灯灭或FAULT灯亮;OSM网络装置流量指示灯全黄。
6.2 故障原因
（1）外部设备接入，引起终端总线网络风暴;
（2）总线上计算机故障，引起终端总线网络风暴;
（3）OSM网络装置供电失去;
（4）OSM网络装置故障。
6.3 故障后果
操作员站全部画面变红，运行人员对机组参数和设备失去监视和控制。
6.4 故障处理
（1）终端总线OSM网络装置供电失去时，检查网络装置OSM的供电回路，查找故障点，恢复供电;当DCS全部电源失去时，参考《DCS全部电源失去应急处置方案》进行处理;
（2）当终端总线网络装置故障时，检查事件历史记录，查找网络故障原因;检查OSM网络装置指示灯，FAULT灯亮表示故障，RM灯亮时表示网络中断，冗余失去;当OSM故障时，更换OSM网络装置;当网络中断故障时，查找故障点，更换连接光纤;
（3）当网络风暴引起网络瘫痪时，检查终端总线是否有外部设备接入，断开外部设备;检查SU服务器MOD磁光驱是否处于工作状态，断开磁光驱与SU服务器连接;
（4）短时间内无法确认网络风暴的源头时，采用停止和重启所有OM计算机的方法。重启的顺序为：
1）PU1a、PU2a、PU3a，PU服务器为SU服务器与操作员站的数据服务器，优先重启单侧;
2）PU1b、PU2b、PU3b，重启另一侧PU服务器;
3）SU1a、SU1b，SU服务器也是操作员站的服务器;
4）操作员站OT1、OT2、OT3、OT4、OT5、OT6，操作员站为客户端计算机，需在服务器启动完后才启动;
（5）重启过程中如发现有计算机无法正确启动，在保证至少单侧服务器运行、操作员站画面恢复后再对故障计算机进行检查处理;
（6）系统恢复后，查看各OM计算机的诊断文件，查看网络瘫痪的原因，制定措施，避免同类故障再次发生。
7.结束语
西门子TXP分散控制系统的两层网络结构符合分散控制系统管理集中、功能分散的设计理念。控制级网络（工厂总线）和过程级网络（终端总线）互相隔离，互不干扰，总线的虚拟环冗余方式，确保了网络在单点故障情况下的可靠性。通过对网络故障处理方式的总结，指导维护人员在故障出现时尽快的做出准确故障判断，并对故障进行处理，将网络故障对于机组的影响降至最低。