摘要: 本文主要分析神华亿利电厂4*200MW CFB机组DEH控制系统现状、存在问题，结合OVATION控制系统的优点，升级优化DEH控制系统，并对OVATION控制系统的应用与研究做一简单介绍。最后针对DEH控制系统常见故障提出预控措施，提高DEH控制系统的稳定性，以达到机组安全稳定运行的目的。
关键字： DEH控制系统 OVATION 故障分析
1 引 言
神华亿利电厂4×200MW汽轮机是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的超高压﹑中间再热﹑二缸两排汽﹑直接空冷凝汽式汽轮机。该机组配备了哈尔滨汽轮机厂控制工程有限公司的数字式电液调节系统（简称DEH），其液压部分采用了高压抗燃油系统，工作压力为12～14MPa。电子部分采用美国西屋公司提供的OVATION控制系统。DEH系统的设计借鉴吸收了引进型300/600MW汽轮机控制策略和运行经验，并结合了国产200MW机组的结构与运行要求，具有丰富的控制功能和优良的控制性能。
2 我厂DEH系统现状分析
我厂四台机投产运行已有十年，投产时机组汽轮机DEH控制系统采用艾默生公司的OVATION控制系统。操作系统版本为Unix系统，该系统投用至今，一直保持稳定安全运行。但是我厂DEH控制系统目前存在如下隐患：
2.1 我厂DEH控制系统的工程师站和操作员站采用的SUN公司提供的SUNBLADE150型号工控机，目前系统设备供货厂家SUN公司的因业务变更已停止SUN工控机的生产，其SUN工控机设备在市场上已经很难买到且无替代产品，考虑到工控电子产品寿命周期内如果发生的工控机设备故障，将无法恢复系统，到时解决问题将相当困难，对机组的安全生产运行造成很大的风险，同时DEH系统控制站已连续运行10年以上，设备不同程度出现老化迹象，曾发生控制器故障等问题，给机组的安全运行带来风险。主要隐患表现如下：
（1）DEH系统负责汽轮机全程控制，要求实时性好，响应性高。一旦操作员站出现问题时，操作员将无法看到实时数据和进行有效操作，这时只能把工程师兼历史站的工控机拿出来操作，这时系统风险很高，这台机器出现故障汽轮机将完全失控，只能被迫停机。
（2）一旦工程师站出现问题时，将导致无法进行逻辑修改和机组启停前后的相关测点强制，同时历史数据完全失去，无法记录相关信息。
（3）如果在运行中出现工控机故障，买不到相同型号的机器，将无法恢复系统，到时解决问题都相当困难，全部风险集中在一台工控机上，对安全生产造成很大的风险。
2.2 现在的DEH控制系统采用的是UNIX操作系统，维护起来不方便，操作风险高。
2.3 我公司使用的是Solaris1.6版本的软件，当年和该软件匹配的硬件只有SUNBlade100/150，目前这种型号的工控机市场上无法买到。目前使用UNIX操作系统机组的发展趋势都要逐步向Windows操作系统方向转换，否则无法解决后续机组的备品备件问题。
3 升级优化
鉴于DEH系统目前存在的问题结合DEH系统的设计原则，公司在陆续对2#、4#机组DEH系统实施整体升级改造，升级成WindowsXP操作系统，版本号为WIN-3.5.X,并更换全部上位机。对数据库、应用程序整合和迁移工作，以提高系统的先进性、可操作性和可靠性。将工程师站（包含历史站）及操作员站的SUN工控机更换为Dell最新适用服务器机型。并安装最新稳定版本的基于Windows操作系统平台的Ovation 3.5软件系统。对现有逻辑组态的转化和检查、梳理；现有监控画面的转化和检查、优化、数据库的迁移和备份，并将DEH控制站系统核心控制器OCR400控制器进行升级更换为最新OCR1100控制器。并对系统电源模块及网络设备进行升级更新。
通过机组DEH系统升级改造，解决系统设备老化带来的运行风险，并解决系统设备后续的备件问题，确保机组的长周期安全稳定运行。同时由于系统升级为windows系统，便于系统的日常检查维护。
3.1 升级前的系统配置
（1）系统核心控制器：OCR400控制器共2台；
（2）工程师站：服务器/工程师站sunblade150系列的drop200 1台，操作员站：sunblade150系列drop201 1台，均使用UNIX控制系统；
（3）当前的控制逻辑是基于Autocad软件的绘图格式。
3.2 升级后的系统配置
（1）系统核心控制器：OCR1100控制器共2台；
（2）工程师站：服务器/工程师站Windows XP操作系统工控机的drop200 1台，操作员站：Windows XP操作系统工控机drop201 1台，均使用Windows控制系统；
（3）全部机器转换当前的控制逻辑为Ovation专用软件OCB格式，以便支持pdf格式，同时新增页连接点自动链接的离线阅读功能，方便维护人员的离线学习和研究。
4 OVATION系统介绍
Ovation 控制系统是集过程控制及企业管理信息技术为一体的融合了当今世界最先进的计算机与通信技术于一身的典范。其采用了高速度、高可靠性、高开放性的通讯网络、具有多任务、多数据采集的控制能力。Ovation 控制系统利用当前最新的分布式、全局型的相关数据库完成对系统的组态。全局分布式数据库将功能分散到多个可并行运行的独立站点，而非集中到一个中央处理器上，不因其他事件的干扰而影响系统性能。
4.1 系统特点：
（1）高速、高容量的网络主干采用商业化的硬件。
（2）基于开放式工业标准，Ovation系统能将第三方的产品很容易地集成一起。
（3）分布式全局数据库将功能分散到多个独立站点，而不是集中在一个中央处理器中。
4.2 网络特点
（1）Ovation站点直接和高速公路通讯，以便发送和接收实时数据和控制命令。
（2）Ovation网络提供具有确定性的和非确定性的两种数据传输方式。
4.3 控制器特点：
（1）通过开放式计算机技术标准带来了高度的灵活性。
（2）为执行简单和复杂调节和顺序控制策略提供了功能强大和大容量控制手段。
（3）高可性使过程和利用率达到最高。
（4）站点内每个测点的数值和状态以合适的频率传播。
4.4 工作站特点
（1）标准平台以PC机为基础的 Windows操作系统。
（2）多任务的工作方式，可通过单CRT和双CRT来实现。
（3）将 Ovation各种功能结合在一起，使所需的硬件数量减到最小。
4.5 相关数据库：
作为 Ovation系统心脏的相关数据库理系统（ RDBMS）是数据控制的主要手段。Ovation是第一个采用这种全嵌入式数据管理系统的过程控制和采集系统。除了实时和历史的过程数据外，RDBMS还存储了 Ovation的每一个信息，包括：系统组态、历史储存和重新建立的数据、报表格式、控制算法信息、I/O控制器原原始数据以及过程数据库。
Ovation的 RDBMS有能力很方便地将大量原始数据加以综合的编排，所有编程工具和 Ovation应用有关的数据都保存在这个集中管理的、定义明确的RDBMS结构中，然后将运行信息分配到控制系统，使控制系统能独立于 Ovation相关数据库运行，且所有系统和过程信息被保存并不断更新。
4.6 功能强大的工具库
Ovation功能强大的工具库完全是一组先进软件程序的集成，用于生成和保存系统的控制策略、过程画面、测点记录、I/O设置、报表生成以及全系统的组态。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工具库同嵌入式相关数据库管理系统相辅相成，协调维护系统内部组态数据的总汇编，同时又能容易地实现同其它工厂和商业信息网的互联。
5 系统的组成：
5.1 网络部分：Ovation 控制系统采用冗余以太网，冗余交换机，冗余控制器以保证通讯的可靠性，及数据交换站、工程师站、历史站、操作员站等各节点组成。
5.2 工作站：根据站的使用功能不同分为几种不同的功能站包括：数据库服务器、工程服务器、操作员站、历史报表站、以及其他功能站。
5.3 软 件：操作系统Windows server 2008R2、应用软件Ovation 3.5X、Oracle 11.0数据库、历史站软件：OPH3.4.1、OPC软件与第三方通讯的MIS和SIS。
6 主要硬件介绍
6.1 交换机
Ovation系统交换机采用第三方产品CISCO,分为主交换机(ROOT SWITCH)和备用交换机(BACKUP ROOT SWITCH)。根交换机的第一口要连接IP交换机，2、3口要互连，第四口开始连站，连接时要注意交换机不能互用，因为每个交换机的配置不一样，网线不能乱插。连线分为交叉线和直连线，交叉线是交换机与交换机之间的连线，而直连线是交换机与其他设备的连线。
6.2 控制器
控制器型号为OCR1100，分为处理器模块（CPU Card）和I/O接口模块（I/O Interface Module）两个部分。每个控制器最多128各I/O模块，最多2各I/O接口，每个I/O接口有8条支线，每条支线可挂8各模块。但是对于OCR400控制器来说，每个控制器只能挂一个IOIC卡，IOIC卡下面最多2个R系列的本地IO接口、2个Q系列的本地接口、1个R系列的远程接口和一个Q系列远程接口。
6.3 I/O子系统
主要卡件类型有：模拟量输入卡件、热电偶卡、模拟量输出卡、触点输入卡、数字量输出卡、DOC卡（带继电器开关量输出、250VAC）、DOX卡（带继电器开关量输出、150VDC）、VP卡等。
6.4 电 源
控制器的电源分为主电源和副电源，分别由220V电源分解成主24V和辅助 24V，主24V供给I/O模块。辅助24V供给现场设备、继电器和变送器。每组电源最多可供2个柜子的卡件电源。
7 常见故障及处理方法
7.1 硬件故障
7.1.1 DEH电源故障
DEH电源是控制系统非常重要的组成部分，尽管系统采用两路冗余供电，但是如果冗余电源模块故障失电会导致机组非停，在线更换电源存在较大风险。现在我厂1#、3#机组电源模块采用Ovation公司十年前的产品，两个电源模块冗余电源模块较为笨重，老化较为严重，内部电容均有不同程度的老化，每个电源模块自带冷却风扇，长期运行灰尘带入到电路板内部导致电路板积灰发热、短路可能性很大。目前此备件已经不生产。
建议升级为2#、4#机组现有电源，即Ovation公司目前工程使用产品，分散程度更高、四路冗余，无散热风扇、可靠性更高。
7.1.2 控制器故障
目前控制器OCR400控制器性能非常可靠，抗干扰能力和防静电功能非常强大，控制器故障并不常见。我厂当时1#机组停运，系统状态正常，在做检修项目控制器切换试验时断开主控制其电源切换到辅助控制器，同时给原主控制器上电时发现控制器无法启动。控制器内部故障无法修复，只好更换控制器。
建议：对于运行10年以上的控制器在做切换试验时最好不要采用断电切换的方式，因为电子元件在长期运行在突然得电失电的电流冲击下很可能被烧坏。对于控制器切换试验可以采用拔掉网线的方式，或采用软件重启控制器的方式。
7.1.3 交换机故障
（1）交换机冷却风扇故障
我厂DEH系统采用Ovation 控制系统冗余以太网，冗余交换机的典型配置方式。但是我厂1#、3#DEH系统交换机采用的是思科公司早期的产品，性能虽然可靠，但是内部电路老化严重，尤其是思科交换机内部散热风扇长期运转，有的风扇已经故障，该散热风扇型号比较特殊，很难单独配到备件。
（2）交换机电源冲击故障
我厂DEH系统网络交换机没有电源开关按钮，每次做交换机断电网络切换试验必须手动拔掉电源进线插头，这样容易损坏交换机。
针对以上两点问题建议：更换思科最新产品1X0093GO2/03。在未升级换型之前要加强DEH系统交换机的巡检和维护。每次停机要检查内部电路老化情况以及风扇运转情况。
特别注意，DEH系统交换机不同于DCS交换机，网线不可以随便插，DEH系统交换机每个端口都有严格的定义。所以要给现场每台机组交换机的网线的接头都做好标签，并绘制网络连接图。以免在检修作业时插错接口造成网络瘫痪。
7.2 软件故障
7.2.1系统逻辑图丢失
我厂4#机组DEH控制系统逻辑图异常丢失。当时在做QC创新项目《汽机高中压调节阀偶发频繁振荡》，需要更改8#逻辑图，在逻辑异动前按照步骤对4#机组程序备份，备份完成后开始修改、下装8#控制逻辑图，完成后发现8#控制逻辑丢失，按照备份前程序恢复还是打不开8#控制逻辑图。当时是请厂家技术人员到场服务解决此问题。技术人员当时说是逻辑图组态时有可能是非法操作也有可能是文件本身损坏导致逻辑图不可用。
类似故障经常见到，但是采用备份文件恢复一般都能解决。我们厂4#机组8#图恢复后无法打开很有可能时当时备份操作有问题，有可能是部分备份，只备份了组态文件以及逻辑图，没有备份配置文件导致系统无法识别恢复的文件。此问题说明对Ovation系统备份操作很重要。Ovation系统备份主要包括安装软件、操作系统、光盘驱动、各种补丁文件备份；完全备份数据库、部分备份数据库。要定期对系统进行完全备份。
建议：检修作业前、后对系统进行正确的完全、部分备份是避免数据丢失的有效手段。
7.2.2 系统状态图信息解读错误
我们经常巡检DEH系统或在检修时发现系统状态图有报警，然后就习惯性的清除错误，使系统恢复正常。
这样不利于我们分析系统状态。对控制器报警的盲目清除，没有及时查阅故障代码，找到报警或错误原因，忽略了控制器存在问题，留下安全隐患。
建议：首先建立系统状态报警的台账，查询每次发生报警的故障代码并记录。然后按步骤清除错误报警使系统恢复正常。留下故障数据和分析结论，为检修作业和故障处理提供有力的依据。
7.2.3 报警管理
（1）对于光字报警，上位机报警条目较多，级别不明确，无法第一时间直接明了的区分和处理报警。
建议：由运行人员根据日常运行经验分析梳理，提供重要报警点清单，热工人员结合报警定值清单梳理模拟量、开关量、SOE点报警记录，优化报警条目和级别。使报警系统起到真正的作用。
（2）对于硬件报警指示，因为系统运行、控制正常，我们对控制器及I/O卡件等硬件指示灯报警习以为常，为系统长期稳定运行留下安全隐患。
建议：对应系统硬件报警指示说明书逐一排查和消除，建立台账，并在系统机柜内张贴报警指示说明图，巡检和维护人员一目了然。
8 结束语
通过分析亿利电厂DEH系统的现状与存在问题，升级改造控制系统，提高了火力发电厂重要控制系统的可靠性，同时总结系统常见故障与处理方法，提出合理化建议，为DEH系统的维护和故障处理提供参考。
9 参考文献
【1】《调节保安系统说明书》 哈尔滨汽轮机控制工程有限责任公司
【2】《汽轮机DEH系统设计说明书》 哈尔滨汽轮机控制工程有限责任公司
【3】《OVATION WIN-3.5.X 课程教材》 艾默生过程控制有限责任公司
论文作者:刘海兵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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