电厂脱硫系统PLC故障原因分析及优化改造

【摘 要】本文详细分析了某电厂4*660MW机组脱硫系统plc突发“HALT”故障导致主机因“脱硫系统跳闸”触发MFT保护动作的原因，并提出了PLC配置和锅炉主保护的优化改造建议。改造后系统运行情况良好，机组安全稳定运行。

【关键词】脱硫系统；PLC；HALT；优化

0 概述

我厂脱硫系统为湿法脱硫，原设计有烟气旁路烟道，三台浆液循环泵运行信号经PLC中转后传送到主机DCS作为画面监控点。烟气旁路取消后，利用浆液循环泵运行信号取反后判断脱硫系统跳闸，延时触发机组MFT保护动作。脱硫控制系统采用施耐德昆腾 67160 双机热备 PLC 系统，于2012年11月20日14时04分34秒发生主、备PLC同时停止运行的故障。主用PLC显示“HALT”状态，备用PLC 显示“RUN OFFLINE“状态，导致脱硫系统所有测点状态丢失。三台浆液循环泵运行信号消失导致脱硫系统跳闸信号误发，锅炉MFT动作机组非正常停机。

故障发生后，为了消除PLC故障以能让机组迅速点火重新并网，热控人员通过对CPU进行多次断电重启，随后PLC恢复正常，然后机组重新点火启动。

在咨询施耐德工程师后，我们从 HALT 主机导出了出错诊断文件（std）以及程序故障代码（-8461）， 并由施耐德工程师第一时间提交施耐德法国研发分析。但是，由于停机后多次对 CPU 执行复位重启，导致诊断文件失效，施耐德研发未能发现主机HALT 原因。但程序故障代码解析为Hex#DEF3， 表明程序内部指针超界，正常情况下也不会造成主机HALT。另外，核心诊断视图信息同样由于CPU 多次复位重启未能捕捉发生故障时的CPU行为状态，令停机故障原因无法通过直接方式获得。

为了取得真实的故障原因，我们委托施耐德工程师尝试通过实验室模拟，来复现并分析现场造成停机的可能原因。

1 故障原因测试

1.1 测试环境

操作系统：Windous XP

软件版本：Unity Pro V3.0

硬件版本：140CPU67160 PV18 OS2.5 COPRO2.5

140CPU67160 PV13 OS2.5 COPRO2.5

140NOE77101 SV4.2

1.2 测试方式

用两块140CPU6716与两块140CRP93100组成双机热备系统，同时主备框架分别配有一块 140NOE77101，NOE模块通过交换机连接，CRP下配一个CRA远程站。硬件版本均与现场保持一致。软件采用虚拟机系统，在XP 环境下使用Unity Pro V3.0 编译下载用户程序。

通过人为仿真和操作，分别对Halt和Run Offline 两种情景进行测试分析。

1.3 测试情景

1.3.1 HATL情景

实验一：运行时间超时

通过在程序中添加一段循环次数可调的指令程序，在程序正常运行时突然增加指令循环的次数，直至扫描周期超过看门狗时间（250ms） 。

CPU反应：主备机先后进入HALT 状态。

软件诊断：

1）主备机PLC 诊断画面上均显示最大扫描时间是250ms，与看门狗时间相同。

2）主备机动态变量表中显示“%SW125=DEB0”， 表明看门狗超时。

3）主备机诊断视图信息内显示任务超时故障%S19， 看门狗超时故障%S11，系统从主机模式变为离线模式原因是系统HALT。

4）CPU 断电重启后，HALT消失，诊断视图信息保留，按Cold Start，诊断视图信息清空。

分析说明：

1）系统超时引起HALT 时，最大扫描时间不会超过看门狗时间。

2）主备机HALT 时，程序停止运行，但系统字仍然可以读取，诊断视图信息可以访问。

3）主机发生HALT 时，备机瞬间切到主机，然后由于主程序超时进入 HALT，因此从备机的诊断视图信息内同样显示系统从主机模式变为离线模式原因是系统 HALT。

实验二：网络故障

修改 MAST的看门狗参数为 110ms，正常运行时短接交换机的两个端口，形成网络故障。

CPU 反应：主备机同时进入HALT 状态。

软件诊断：

1）主备机PLC 诊断画面上均显示最大扫描时间是110ms，与看门狗时间相同。

2）主备机动态变量表中显示“%SW125=DEB0”， 表明看门狗超时。

3）主机诊断视图信息内显示任务超时故障%S19， 看门狗超时故障%S11， 系统从主机模式变为离线模式原因是系统HALT。

4）备机诊断视图信息内显示任务超时故障%S19， 看门狗超时故障%S11， 系统从备机模式变为离线模式原因是系统HALT。

CPU 断电重启后，HALT消失，诊断视图信息保留，按Cold Start，诊断视图信息清空。

分析说明：

1）网络故障同样导致系统超时，从而引起HALT，最大扫描时间不会超过看门狗时间。

2）主备机HALT 时，程序停止运行，但系统字仍然可以读取，诊断视图信息可以访问。

3）网络故障导致NOE 超时占用 CPU主循环，可能导致CPU 先后HALT 或同时HALT。

1.3.2 Run Offline情景

实验一：CPU Copro 口光纤中断

在主备CPU正常运行时（门狗时间 250ms），拔掉CPU的Copro口的光纤，观察CPU状态。