ovation

爱默生新版DCS控制系统

OVATION

爱默生新版DCS控制系统OVATION-XP

的可靠性分析和故障预防

一、引言

近年来，DCS在火电厂过程控制领域的应用水

平得到了迅速提高，DCS从单一功能向多功能、

一体化方向发展，目前我国主力发电设备

300MW等级火电机组大部分都采用了先进的集

散控制系统。河津发电厂二期工程2×300MW机

组为国产引进型燃煤火电单元机组，安装两台哈

尔滨汽轮机厂生产的300MW亚临界、一次再热、

单轴、双缸(高中压缸合缸)双排汽、直接空冷凝

汽式汽轮机。锅炉型式为哈尔滨锅炉有限责任公

司生产的亚临界参数、切圆燃烧、自然循环汽包

锅炉。

DCS采用了爱默生过程控制公司的最新

OVATION-XP版控制系统，极大地改善了机组

运行环境，提高了热工自动化水平，便于热控设

备的维护管理，特别是在硬件系统的开放性、接

口的灵活性、模块化的设计、在流程画面的汉化、

控制策略的修改、历史趋势的记录及事故分析方

面优势非常明显。但是由于对DCS系统的了解

不够以及DCS系统本身的特性，为了预防运行

过程中或多或少出现影响机组安全与可靠性的

故障，在这里笔者参照DCS系统通常的故障情

况，针对OVATION-XP版系统进行可靠性分析

和故障预防。

二、可靠性分析及注意事项

DCS系统的可靠性是指在规定的工作条件下和

规定的时间内，系统成功地完成规定功能的能

力，它是对一套控制系统的综合评价。DCS系

统的可靠性与DCS本身的内在质量，也与使用

环境条件和运行维护水平有关，而DCS系统故

障是一种固有顽症，不管是进口系统还是国产系

统都或多或少会出现，调试和维护的工作目的是

要让这种现象发生的最少。引起故障的原因各种

各样，我们要分析这些原因逐一采取预防措施，

以下是引起DCS系统故障的原因的分析及其预

防措施。

(1)配置了冗余结构

就目前运行的DCS系统来看，不管是通讯网络、

服务器还是现场控制器DPU，都配置了冗余结

构，"虽然加大了硬件设备成本和消耗费用，权

衡其利害关系，不难得出冗余措施在维持机组安

全、稳定方面起到了很大的作用，在发电企业中

的广泛应用是毋庸置疑的。但是有一点，当主设

备发生故障，热备份状态的冗余设备就必须顶上

工作，可目前集团公司所辖发电厂部分机组

DCS系统冗余设备的切换就不是很好，有的不

能切换，有的自己来回乱切，河津电厂一期工程

两台机组采用的日本三菱DIASYS-UP控制系统

的DAS服务器也经常出现该情况。这个问题希

望各厂家切实解决是非常重要的事情，它是降低

DCS系统故障的关键。

OVATION-XP系统在Ovation数据网络、以太

网(Ethernet)网络、Ovation控制器、Ovation

I/O模块、系统供电电源、处理器电源分配模块、

操作员工作站、网络服务器和集线器等方面使用

了冗余组态方式，以求获得较高的系统可靠性。

当发生下列情况，系统可启动"自动越过功能"，

无扰动越过故障，包括:①控制处理器故障;②网

络控制器故障;③I/O接口故障;④控制处理器的

电源被拉开；⑤控制处理器复位;⑥网络部分断

线。就目前Ovation其他版本的应用情况来看，

备用系统的切换平稳、可靠。Ovation系统的冗

余故障预防方面仅需检修和运行人员熟悉系统

各部件上的指示灯、声光报警、状态信息图，及

时做出准确判断，并对故障部分进行处理和备用

恢复。

(2)通讯故障

引起DCS系统故障的另一重要原因是通讯故

障。

首先，是通讯负荷过重。该现象较为隐蔽，机组

运行操作不频繁时，通讯正常。而操作多时，引

起通讯堵塞，通常为事故紧急处理时操作很多。

例如:河津电厂一期的DCS覆盖面相对比要少，

进行逻辑组态分配时，又严格控制各DPU站的

负荷率，保证了数据通讯余量，该DCS系统运

行死机故障相对就少。

其次，是通讯电缆连接不牢靠也是引起通讯故障

的原因，特别是通讯电缆插头处。而且往往一根

电缆出问题容易造成另一根电缆也发生故障。在

设备检修时有时触碰到了通讯电缆会使插头出

接触不好;有时通讯电缆很长，如连接到操作员

站的电缆特别容易，受到干扰。早期DCS系统

多采用总线式结构的同轴电缆连接，而现多为双

绞线连接，RJ-45接头特容易出现接触不良从

安全通报的情况来看，集团公司内有的厂就出现

过通讯电缆接触不好造成操作员站死机的情况。

第三，抗干扰性。计算机控制系统是众多电子、

机械部件组成的复杂系统，所处的环境又比较恶

劣，因此对系统的干扰因素较多。如大功率电气

设备、输电线路的电磁场、无线通讯、雷电等气

象变化;自身元器件的热噪声、信号输入输出回

路、电源回路干扰等。

OVATION-XP系统在河津电厂的应用情况是，

Ovation系统包括了目前DCS系统的所有功能:

数据采集系统DAS、模拟量控制系统MCS、炉

膛安全监控系统FSSS、数字电液控制系统

DEH、汽机危急遮断系统ETS、顺序控制系统

SCS、旁路控制系统BPS、电气控制系统ECS、

空冷控制系统AIR，并且采用了取消基地式调节

仪和减少就地PLC控制，全部纳入DCS的设计

思想，涵盖的设备范围非常之大。为了保障各控

制站的低CPU通讯负荷，控制站数量、I/O卡件

数量较多。Ovation控制器采用高性能奔腾处理

器设计，保障了通讯负荷情况。良好的机柜、电

源分配模块、转换板等设备的接地设计、双绞线

传输信号可以消除电磁场的干扰、信号线屏蔽线

可有效防止静电干扰、良好的供电措施等等抗干

扰技术的应用都保障了系统具有较强的抗干扰

性。使用Ovation系统必需注意的是要加强通

讯卡件松动或损坏的情况的检查，尤其是防止强

电串入造成DCS卡件损毁;要防止RJ-45接头的

松动，尤其是灰尘较大时，更易发生接触不良的

情况;网络设备的接口严禁乱接其它设备。

(3)计算机软件故障

在计算机控制系统中，软件的可靠性比硬件的可

靠性占有更重要的位置。软件故障主要来源于两

个方面:系统软件故障和应用软件故障。系统软

件包括操作系统、数据库管理系统及各种编程语

言等。

Ovation系统操作系统是用的微软的

Windows-XP，视窗系统比UNIX操作系统更容

易死机。一则是操作系统本身的稳定性，并且是

各类计算机病毒的主要攻击对象，加之PC机提

供了极为方便的文件拷贝方式(如USB接口)，

技术上必须大力防范，同时加强人员管理;再则

就是通常Windows应用软件偶尔会和操作系统

发生冲突，Ovation应用软件是一组工具程序的

集成，虽然采用了模块化设计技术，但是由于功

能比较强大和复杂，重要程度各不相同，又是新

开发的基于Windows-XP的版本，应用软件本

身也可能有些问题尚未暴露出来。

另外，Ovation系统是服务器结构的，服务器要

长期读写硬盘，使得硬盘碎片、垃圾文件逐渐增

多，硬盘空间变小，严重的会造成硬盘出现坏道、

坏扇区，确实有电厂DCS系统由于硬盘容量不

够，造成服务器死机。控制系统中除了服务器外，

更须严格注意历史数据站的软件运行状态，因为

历史数据站对整个控制系统的实时过程数据、报

警、SOE、操作员记录提供大容量的存储，使用

最为频繁。

(4)环境条件异常是另一重要原因

第一，HVAC系统运行状况。环境原因引起DCS

系统故障也要高度重视。系统内有的厂由于空调

制冷情况不好，电子间温度升高，导致DPU故

障发生切换，如果副DPU也热坏了，问题就严

重了。一般认为环境温度以10～23℃为宜。过

高不好，过低会引起空气结露也不好。环境温度

大于29℃时，柜内温度已比较高，已对DPU构

成危害。Ovation系统大量采用低功耗元件，发

热量很小，在一定程度上减轻了对HVAC系统

的依赖程度。

第二，电源、柜顶风扇运行状况。电源风扇和柜

顶风扇的正常运转是保证DPU正常运转的必要

条件。在河津电厂对DCS散热问题是很重视的，

每次检修都专门进行检查、更换处理。在调试期

日本专家也很重视这个问题，由于河津灰尘较

大，就对柜顶的风扇一个一个检查清扫。#1、#2

机组的DCS系统服务器放在专门的房间，空间

都比较大，散热效果很好，而DAS服务器安装

在狭小机柜内，散热效果差一点，这也是房间内

DCS计算机运行情况好的一个原因。现在二期

Ovation系统已经把所有服务器隔离在一个专

门工作室内，DCS系统应较一期要听话多了。

第三，粉尘处理必须注意。当然，环境卫生也不

可忽视，过多粉尘侵入设备内部会造成芯片散热

差，绝缘下降。在河津电厂#1、#2机实际维护

工作中就发现某些电路板工作不正常，清扫积灰

后，一切运行良好的情况，也发生过由于工作站

内大量积灰，散热风扇损坏，机箱内温度过高，

最终导致硬盘损坏的情况。

(5)DCS系统供电电源十分关键

DCS系统供电电源也是引起DCS故障的一个因

素。首先是电源故障，引起DCS系统瘫痪，电

源切换时间过长，也会造成DCS死机(电源切换

时间要少于3ms)。电源是DCS系统一个主要干

扰源。防止电源干扰主要是要接好地线(接地电

阻要小于2欧姆)。DCS系统接地系统不完善是

非常容易造成DCS误信号的，在高电压、大电

源、强电磁干扰的环境必须重视接地系统。系统

内的机组出现多次不明原因的误发信号，这与接

地系统不好是有关系的。Ovation控制器供电有

如下特点:①冗余供电;②二级管脉冲给进确保了

可获得连续供电;③对完全AC断电后连续输出

32毫秒的保持，是一般DCS供电的两倍。④选

择最小电位(阻值在1欧姆内)接地。

三、加强对Ovation系统的管理

(1)加强Ovation系统的软件管理

在DCS系统软件管理方面要加强。在对DCS

系统进行维护时软件和数据库的备份管理是

DCS的一项重要工作，工作人员在做这项工作

时要按制度规定进行。重装或升级软件时注意完

整性。对于双网卡计算机不要忘记确认IP地址。

对DCS系统设备要按时检查，将故障消灭在萌

芽之中，防患于未然，提高DCS系统的可靠性，

随时掌握系统的运行状态，建立故障履历台帐，

总结经验。

(2)要加强DCS系统的防干扰措施

DCS系统的防干扰也要引起注意。对讲机、手

机信号对DCS系统的干扰是毋庸置疑的，区别

在于功率的大小和距离的远近，虽然《火力发电

厂分散控制系统技术规范书》要求在距电子设备

1.2米以外发出的工作频率达470MHz、功率输

出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统

正常工作。但一般不易确认干扰源功率，同时为

了确保绝对安全，仍要明文规定:电子间全部范

围内不允许使用任何无线通讯工具，靠近DCS

系统的空间内限制性使用大功率通讯工具。

(3)制定DCS故障的预防措施和应急方案

制定合理的检修周期，配备合适的备品备件，安

排适量的检修人员等是控制系统稳定运行的基

本要求。这里着重提出的是，对于任何厂家的任

何版本DCS控制系统，都要制定DCS故障的

紧急处理和停机停炉措施。还有就是要解决

Ovation系统计算机重启后I/O初始化的问题及

机组的重要安全操作、保护要有直通性，尤其是

Ovation系统中的锅炉安全监视保护子系统

(FSSS)全部设计为软逻辑，在FSSS系统故障

的情况下，应确保锅炉保护系统中的RB、MFT

正常动作。

四、结束语

综上，OVATION-XP系统是以PC机为基础，

基于视窗XP的控制系统，相对专用UNIX版本、

工作站类的专利型DCS要易于维护和使用、但

也容易发生一些故障，而外界因素和使用不当是

引起DCS发生故障的主要原因，所以我们使用

这套具有高度标准化、开放性的新版DCS系统，

就要从设备和环境、人员方面着手，采用先进技

术手段与加强管理，有效的预防和减少系统故

障，实现最佳经济效益。