吴一可，王卓实
（浙江浙能长兴发电有限公司 浙江省湖州市长兴县 313100）
摘 要：应用DCS软件中的历史数据记录子程序以时间顺序依次记录的模拟量、数字量数据点的数值，可获得对应数据点的历史数据表。根据历史数据表，以时间轴为x轴，数据点对应时间的数值为y轴，生成的图表即为该数据点的历史趋势曲线。历史趋势曲线是运行人员分析机组运行状态的重要工具，通过趋势曲线可以分析生产过程的变化过程，从而优化生产，及对事件进行分析。
关键词：分布式控制系统、趋势曲线、GPS对时、信号转换
0引言
某火电厂#4机组为一台330MW燃煤机组，采用上海新华XDPS6.0-SP4系统，配置多台操作员站实现分布式控制。2019年上半年，多次出现操作员站无法读取历史趋势曲线的情况，经过临时处理后恢复正常，但是一段时间后重复出现，未得到根本性的解决。本文以此现象进行分析，并提出相应的解决对策。
1设备概述
1.1新华XDPS系统现状简述
该厂#4机组目前使用的DCS为XDPS6.0-SP4系统。XDPS400+系统是新华控制工程有限公司研发的分布式控制系统。
XDPS400+系统研发成型于21世纪初，软件部分基于WINDOWS-2000/XP下运行。到目前为止，该系统运行较为平稳可靠，但也暴露出系统老化的严峻问题。
1.2历史趋势曲线软件现状简述
本台机组配置5个操作员站、1个工程师站、1个值长站及3个历史站，共计10台工控机。
3个历史站配置启动历史数据记录软件，记录DCS中各种IO点的历史数据，其它各个工控机无历史数据记录功能，需从这3台历史站中的某一台读取历史数据以生成历史趋势曲线。
2运行现状
2019年前6个月的运行过程中，多次出现某一个或多个操作员站读取历史趋势曲线突然中断，读取的数据点数值变为“invalid”。检查网络情况，执行“Ping”指令，确认历史趋势曲线丢失的操作员站同所挂靠读取历史数据的历史站网络通畅。清除原有历史趋势读取的网络路径并重新配置后恢复正常，但多在72小时内再次发生。
3原因分析
3.1故障数量调查
通过统计2019年前6个月间每次历史趋势曲线中断故障发生时，同时中断的工控机数量，得知5个操作员站全部中断的情况发生的比例，占到总故障发生次数的90%以上。
3.2故障原因调查
根据该厂DCS操作规程，#4机组5个操作员站的历史趋势软件，分别读取工程师站内3个历史站的历史数据，为保证可靠性，每个历史站挂靠读取历史数据的操作员站不应多于2个，即保证5个操作员站以2-2-1的形式分别读取3个历史站历史数据。
调查各次故障中，同时故障的操作员站数量小于5个的故障原因，通过检查对比，确认为单个历史站“历史数据收集”软件停止工作或退出引起，为偶发性故障。
调查各次故障中， 5个操作员站趋势全部丢失的情况，全部丢失即5个操作员站对历史站的读取全部出现问题。判断存在共性问题，引发所有操作员站历史趋势读取失败。
通过讨论，确认当GPS对时系统授予系统的标准时间如果出现明显波动有大概率会导致全部操作员站历史趋势曲线软件对历史站历史数据读取异常，应首先排查该机组GPS对时系统是否存在问题。
通过对接收GPS对时信号的历史站以及所有操作员站长时间的观察，历史趋势曲线丢失的故障现象得以复现，存在如下现象：
对时软件中读到的GPS时间出现间歇性异常，显示如“2019年07月22日1441时2350分”此类异常时间。多次观察发现，当这种跳变持续时间小于一秒时，基本不会产生影响；当跳变持续时间大于一秒时，大概率会引发5个操作员站历史数据读取故障导致历史趋势中断丢失。
3.3原因分析结论
通过调查分析，找到了造成#4机组DCS操作员站历史趋势丢失的主要原因，是该机组接收的GPS对时信号瞬时波动导致3个历史站中“历史数据收集”软件全部或个别异常退出。
4要因分析
4.1对时系统概述
在电力系统中，由于各种保护装置的灵敏度，经常使得单台设备的故障引发大范围的跳停，这时就需要存在一个统一且高精度的时间基准。有统一时钟，就可以通过各种开关动作的先后次序或者信号的精确时间及变化顺序来分析故障的原因和过程，因此利用 GPS卫星对时装置实现时钟统一是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。此外，GPS 中的卫星同步时钟系统因具有授时精度高、范围广、可靠性高、覆盖面广、全天候且不受外界各种干扰等诸多优点，促使它在电力系统中能够得到广泛的应用。[1]
检查该机组的GPS对时信号传输线路。由邻近机组继电器室中的GPS装置485对时模块输出两根接线至柜内转接端子排，经过两芯双绞线送达#4机组工程师站内，经过一次对接后接入一个9针串口插头（目前停用封闭），再经串口插头用两芯双绞线转接入一个RS485/232无源转换器，转换器232输出接入对时用的历史站工控机的串口COM1，最后由计算机安装的GPS对时软件读取对时信号，以此为基准不断对比纠正本工控机和整个DCS控制网络的时间。
4.2要因确认
根据#4机组整个GPS对时系统原理，从GPS对时信号的发出、传输、接收三个方面对GPS信号频发瞬时波动这一问题展开分析，共获得9个末端因素。现对这9个末端因素逐个排查分析，以找出其中的要因（表1）。
通过表1的分析，确认信号转换器滤波能力差是导致GPS信号频发瞬时波动的唯一要因。
5改进措施
针对唯一要因“信号转换器滤波能力差”，即无源的RS485/232转换器通讯品质差、通讯距离短、负载能力差、几乎无抗干扰能力等缺点，采取更换至抗干扰能力强的有源式RS485/232转换器的改进措施。
转换器选型为ADAM-4520，此转换器模块在本厂有使用经验，可靠性较高。另需在模块旁设置24V直流电源。
6效果检查
从2019年10月改进对策实施后，5个操作员站数据全部丢失的情况未再次出现，GPS对时信号频发瞬时的问题得到了解决。DCS操作员站历史趋势曲线中断丢失的现象降到了约0.15次/月。
通过改进，该厂#4机组GPS对时系统以及DCS历史趋势软件的可靠性有了较大提高，提升了运行人员对#4机组的监视效率以及仪控人员对相关缺陷的判断处理效率。同时GPS对时系统可靠性的提升，也间接增强了SOE系统时间的准确性与可靠性。
参考文献：
[1] 余志生,张晓驰. 浅析GPS对时系统在电力系统故障分析中的应用[J].世界有色金属.2020(16): 137-138.
作者简介：
吴一可（1991－），男，浙江湖州，助理工程师，热工仪表检修。
王卓实（1991－），男，浙江湖州，助理工程师，热工仪表检修。