火电厂分散控制系统故障分析与维护

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摘 要 本文通过对火力发电厂DCS系统运行过程中经常出现的各类故障以及维护人员采取的应对措施进行梳理总结，得出了一套分析应对故障的方法，对今后火电厂分散控制系统故障分析与维护工作具有一定的实际指导意义。

【关键词】DCS 故障 维护

分散控制系统DCS（Distributed Control System）是一种集合了计算机、网络、通讯、控制等多种学科的高新技术产品，它集中了老式分散的仪器仪表控制系统与较为先进的计算机集中控制系统的优点，是一种灵活可靠，通讯接口良好同时也能为操作人员提供友好人机界面的先进产品。正是由于它的特点，DCS系统在我国电厂得到了非常广泛的应用。DCS系统的应用可以在很大程度上提高电厂生产的工业自动化水平，增强设备运行的稳定性和经济性，所以各大电厂对DCS系统本身运行稳定性的要求也越来越高，发电厂热控人员从规划设计、设备安装调试直到后期的运行维护管理，全程对DCS控制系统进行深入跟踪维护，努力使其出现软硬件设备故障的几率降到最低，以实现发电设备的可靠稳定运行。

1 DCS应用的现状分析

当下DCS系统在火电厂的应用已经十分成熟，其控制范围也在不断的扩大，已经涵盖了发电机组全部主要设备以及配套的辅助设备，其控制已经渗透到火电厂生产运行的全过程。但是也由于各个电厂设备情况以及技术实力的不同，造成对DCS系统的管理水平存在较大差异，其DCS运行的实际效果也不尽相同，因此如何有效的发挥DCS控制系统的优势，杜绝其自身故障造成的发电机停机事故成为摆在全部热控人员面前的重要工作任务。

2 DCS故障分类

2.1 系统性故障

由于DCS系统在设计时存在不足或者长期运行导致的性能下降而造成的故障就是系统性故障，系统性故障的发生对设备运行的影响是一定的，但是在故障恢复方面，一些故障往往可以通过重新启动系统或者更换系统中某些部件来恢复系统正常的运行。

2.2 硬件导致的故障

2.2.1 DPU发生故障

DPU一旦发生故障，主要故障现象就是初始化失败、脱网运行或者网络双机不能自动切换。其产生原因主要包括了本身电子元器件老化损坏、存贮下位机文件的芯片损坏、板卡损坏或者通讯单元元件损坏；此外，一些开发维护人员在系统调试时候忽视了DPU本身的数据处理能力限制，无限制的在数据库中写入各种计算信号，这势必会造成DPU满负荷运行，当达到或者接近其数据处理上限是，DPU会自动降负荷运行，表现为脱网甚至死机。因此，一旦运行过程中DCS出现不能进入程序、自动脱网等故障时候，维护人员要首先联想到其控制芯片DPU是否出现问题，第一步应该首先排除电子元器件、各类板卡的问题，在硬件问题排查之后可以对DPU运算能力进行合理评估。当下大部分DCS系统在设计时候就使用了双DPU结构，实现了两个DPU一用一备，双机热切换功能，一旦主用的DPU出现问题，系统将及时切换到备用的DPU上来，因此，在日常检修时候可以对双DPU系统的双机热备功能进行检测，以保障其在真正出现故障时候能够将备用DPU自动投入。

2.2.2 板卡发生故障

板卡出现故障的主要现象表现为：数据无法进行采集、监控主机数据不刷新甚至操作命令执行不下去，其本质就是监控后台不能正确的反应运行设备的真实情况。这类故障的发生一般会在上位机或者板卡本身的故障信号指示灯处有相应的指示，但是通常情况下，操作人员对这些信号指示没有明确的认识，往往在需要数据或者进行操作时候才能发现，这种隐蔽故障的发生往往是操作人员错误操作的根源。引起板卡故障的主要原因主要包括：电子元器件老化、输入输出通道故障、通讯单位线缆接触不良等原因。维护人员现场判断排除这类故障也比较轻松，首先可以通过系统故障信号的提示对相应故障单元进行检测，通过模拟输入信号来判断受检测单元正常工作与否，具体做法就是通过仪器给出模拟信号，来观察监控系统能发正确的显示数据；通过硬结点开闭来判断开关量信号是否正常；判断出出问题的板卡后只要停机更换相应的备件就能恢复系统功能。

2.2.3 电源发生故障

DCS设备的供电系统在设计时候就要求采用双路电源供电的方式，正常情况下由主电源进行供电，一但主用进线发生故障失电，系统内的双电源自动切换功能启动，在5ms之内切换到直流电池输出的备用电源继续供电。做为来自系统的主电源，其故障多由于线路本身故障造成，比如电源线电阻变大，、绝缘损坏、接头松动；另外，受外部电源影响，当系统发生故障电压波动时候，也经常会造成主用电源失电。为了降低主电源失电发生的概率同时也提高备用电源投入的可靠性，应该定期对主电源回路的各个节点进行检查，及时排除线缆故障；同时，在设备定期检修期间，对备用电源蓄电池进行活化来保证其良好的工作状态，并不定期对双电源自动投入装置进行测试。

2.2.4工控机发生故障

工控机是DCS系统与操作人员实现人机交互的平台，DCS采集到的所有数据都是由工控机进行分析处理，工控机虽然较个人电脑来说，其硬件配置水平更加稳定合理，但是终究避免不了会出现这样那样的问题，长时间的不间断运行，往往会造成工控机突然黑屏死机甚至无法正常启动，工控机的硬件维修比较简单，只需要对其内部损坏的部件进行更换即可，但是，如果数据硬盘损坏恢复起来就比较复杂了，需要对工控机监控软件进行重新安装并执行数据库导入操作。因此，维护人员日常要加强工控机状态的监管，做好监控系统安装软件以及完整数据库的备份工作，对运行年代较长的工控机要进行有计划的逐步更换，杜绝突然损坏的出现，另外日常要加强运行管理监督工作，避免第三方存贮介质的连接，以免感染病毒。

2.2.5 通讯端口发生故障

为了服务现场生产的需要，越来越多的第三方设备需要接入DCS系统中来，这就要求DCS系统提供更多的通讯接口来满足设备的接入要求，因此，DCS通讯单元发生故障的概率也逐渐增大，这种故障通常表现为两个方面：硬件方面，各种通讯线缆、通讯转换器等通讯介质出现问题会导致全部或者部分通讯中断；软件方面，由于一些通讯设备并没有采用公版的通讯规约来进行数据传输，因此，在其数据处理过程中也经常会出现通讯故障。针对上述故障，维护人员一方面要经常检查通讯单元各个设备的情况，将故障及时发现处理；另一方面就是严格通讯接入标准，严格控制不采用公版通讯协议的第三方设备的接入。

2.3 软件故障

软件故障就是安装在工控机内部的操作系统软件或者是监控后台软件按发生故障，系统软件的故障由于与日常家用电脑的系统故障并无区别，同时，作为专业工控机其系统软件通常也有备份，因此，系统软件出现问题的影响是可以预见的。而作为处理DCS采集数据功能的应用软件，其往往由DCS设备厂家基于某种系统二次开发而成，其出现问题的概率还是比较高的，一些调试时候没有发现的软件问题或者运行人员对软件进行错误操作都可能导致应用软件故障。这就要求应用软件安装厂家一定要做好安装软件以及后台数据库的备份工作，一旦损坏可以由特定的技术人员恢复到最早正常的工作状态。另外，无论调试人员还是维护人员在对后台软件进行任何修改以后，都必须执行严格的保存备份制度，这是确保数据恢复后能够与现场运行设备情况对应的唯一途径。

2.4 现场设备故障

安装在设备就地位置的测温元件、压力变送器、温度传感器、位移传感器以及各种执行机构是与DCS进行直接联系的输入输出设备，由于其工作环境收到现场环境以及其他设备的影响，往往比较容易出现故障，这些设备的故障也会导致DCS系统部分功能失灵，但是由于这类故障往往比较直接，维护人员在查找处理故障上通常比较容易上手，因此这不是影响DCS系统稳定运行的主要原因，只是需要提高故障排除的及时性。

3 结语

通过前文的细致梳理，如何正确判断并处理DCS系统的故障是每个维护人员必须掌握的技能，维护人员可以通过直接判断、分段查找、隔离替换、外部设备检测等一系列的方法，对DCS系统常见故障进行排除，希望广大从事DCS系统维护的技术人员能够不断对DCS系统各类故障进行总结，在实际工作中提高自身处理问题的能力，确保发电厂设备的可靠稳定运行。

参考文献

[1]黄升.火力发电厂DCS系统常见故障分析和处理措施[J].电气自动化，2008（05）.

作者单位

大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂 河北省唐山市 063028