DCS数据通讯及故障分析

DCS数据通讯及故障分析
论文摘要：针对徐州华美坑口环保热电有限公司2×55MW机组的DCS系统通讯出现的故障进行分析,查找原因并采取有效措施消除故障,提高了DCS系统运行的可靠性，保证了机组的安全稳固运行。

论文关键词：数据通讯,冗余
一、概述
徐州华美坑口环保热电有限公司2×55MW机组、2×260T循环硫化床锅炉，使用了北京与利时系统工程股份有限公司生产的MACS分散操纵系统。

用以完成DAS（数据采集系统）、MCS（模拟量操纵系统）、SCS（顺序操纵系统）、BMS（燃烧器管理器）DEH（数字电液操纵系统）、ETS（故障跳闸系统）等操纵功能。

系统设有现场操纵站19台、操作员站8台、工程师站1台、历史数据站1台、服务器2台、通讯站3台。

系统投运后徐州华美热电有限公司的安全生产水平与机组的自动化水平有了一个整体的提高。

二、通信网络构成。

SmartPro3.0.3系统由上下两个网络层次构成：监控网络（SNET）与操纵CNET）。

上层监控网络要紧用于工程师站、操作员站与现场操纵站的通讯。

下层操纵网络存在于各个现场操纵站内部，要紧用于主控单元与智能I/O的通讯连接。

SmartPro3.0.3系统网络结构图如图所示
1、监控网络。

上层监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将
各个点连接到中心交换机上。

该网络中要紧的通讯节点有工程师站、操作员站、现场操纵站，使用TCP/IP通讯协议，不仅能够提供100MB/bps的数据连接，还能够连接到Intranet，进行数据共享。

监控网络实现了工程师站，操作员站、现场操纵站之间的数据通讯。

通过监控网络，工程师站能够把操纵算法程序下装到现场操纵站主单元上，同时工程师站与操作员站也能够从主操纵单元上采集实时数据，用于人机界面上数据的显示。

各个节点固定分配的IP地址进行标识。

为实现监控网络的冗余，网中每个接点的主机都配有两块以太网卡，分别连接到128网段与129网段的交换机上。

监控网络的前两位IP 地址已作了规定，分别为128.0与129.0，现场操纵站主单元IP地址的后两位由程序自动分配，工程师站、操作员站IP地址的后两位则能够自行定义。

通常我们将一个现场操纵站里相互冗余的两个主控单元分别成为A机、B机。

他们的IP地址设置是通过一个拔码开关来实现的，具体设置如表所示。

各现场操纵站主控单元IP地址设置
#10站主控单元
#11站主控单元
#12站主控单元
#n站主控单元
A机
128网段
128.0.0.10
128.0.0.11
128.0.0.12
128.0.0.n
129网段
129.0.0.10
129.0.0.11
129.0.0.12
129.0.0.n
B机
128网段
128.0.0.138
128.0.0.139
128.0.0.140
128.0.0.(128+n)
129网段
129.0.0.138
129.0.0.139
129.0.0.140
129.0.0.(128+n)
2、操纵网络。

操纵网络位于现场操纵站内部，主控单元与智能I/O单元都连接在
Profibus-DP总线上，使用带屏蔽的双绞线铜线（串行总线）进行连接，具有很强的抗干扰能力。

该网络中的通讯节点要紧有DP主站（主控单元中的FM121模件）与DP从站（智能I/O单元------FM系列的输入/输出模件）。

利用总线技术实现主控单元与过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据与从站设备诊断信息的传送，同时通过添加DP重复器模件，能够实现远距离通讯，或者者连接更多的智能I/O 单元。

三、DCS通信网络故障。

1、节点总线故障。

节点总线的传送介质通常为同轴电缆，当总线的干线任一处中断时，都会导致该总线上所有站及其子设备通信故障。

目前，我厂防止此类故障的方法是使用双路冗余配置的方式，同轴电缆的连接不是在通信模件的前面，而是在模件的后面，这样当系统运行中处理通信模件故障时，可避免误碰同轴电缆，造成网线断路。

同时，其同轴电缆除专门进行检查，任何时候都不可能去触动，可防止因多次插拔同轴电缆的插头造成松动，增加其故障的可能。

另外，应制定同轴电缆检查与更换管理制度，在其接触电阻增大至影响通信之前，进行更换或者处理。

2、就地总线故障
就地总线或者现场总线通常由双绞线构成的数据通信网络。

由于其连接的设备是与生产过程直接发生联系的一次元件或者操纵设备，因此工作环境恶劣，故障率高，容易受到检修人员的误动而影响生产过程。

另外，总线本身也会因种种原因造成通信故障。

防止此类故障的有效方法是，首先要将就地总线与就地设备的联接点进行妥善处理，拆装设备时，不得影响总线的正常运行，总线分支应安装在不易碰触的地方。

同时，就在总线最好是使用双路冗余配置，以提高通信的可靠性。

目前我厂机组就地DCS操纵柜出现部分模块通讯故障，DCS报警为模块离线，有的时候不需处理便恢复正常，但正常工作时间不常，若不完全处理故障会经常出现，已经出现的操纵柜有#1、#2机远程柜、#22站、DEH柜、#11站等。

经检查分析认定为就地通讯总线接触不良引起的故障，解决办法为保留原底座通讯总线，再在接线端子处增加一对通讯线，各模块逐个连接与原总线并联运行。

整改后各DCS 工作站运行正常。

3、地址标志的错误
不论是就地组件还是总线接口，一旦其地址标识错误，必定造成通信网络的紊乱。

因此，要防止各组件的地址标识故障，防止人为的误动、误改。

系统扩展时，通常应在系统停止运行时进行。

任何增加或者减少组件的工作都务必在系统停运时，将组态情况向网络公布，以免引起不可预料的后果。

我厂自投运以来，发生一起因人为通讯连接错误既错误下载程序，导致的停机事故。

下载程序错误发生后没能更正程序，机组重新启动运行，从而导致某站变量标识存在一定的误差，产生了垃圾数据，服务器长时间工作过程中整个网络数据拥塞造成数据的延时、丢包、错序,影响了DPU间与操作员站之间的通讯,结果是全部参数不能正常显示,
而非单个DPU所控参数故障。

四、防范措施与经验总结。

1、存在较大风险的工作，比如：在线清空下载程序、修改DCS操纵方案、修改操作画面、增加报警、趋势等，制定切实的安全措施，严格按规程操作，可大大减少因DCS故障引起的机组非计划停运。

2、DCS操纵器工作负荷及网络通讯负荷应该在设计阶段进行严格计算与规范,设计变更时应充分考虑I/O点的冗余、调节回路、报警数量等因素对DCS性能及安全性的影响,同时需要在电厂调试阶段对DCS 整体性能进行测试与验证。

3、尽量减少DCS不一致I/O站间数据交换及与电气网控间的网络数据通讯,要尽可能的改为硬接线输入/输出,以降低数据传输负荷。

4、调配I/O点数量与自动调节回路，使同一系统各DPU工作负荷趋于均等。

六、结束语。

自徐州华美坑口环保热电有限公司2×55MW机组、2×260T循环硫化床锅炉，投入运行以来，在处理DCS数据堵塞故障，积存了一些经验能够为使用同类型设备的工业企业提供参考,促进行业内DCS应用及保护水平的提高。