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电厂DCS系统网络瘫痪处理预案

康瑞庭热控所

1、DCS系统简介

DCS(DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM)为分散控制系统的简称，指的是控制危险分散，管理和显示集中。DCS系统包括三大部分:带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口。人机接口包括操作员站、工程师站和历史站。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作员站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作员站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作员站组态，历史站记录生产过程的历史数据。最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器。随着近几十年DCS系统的发展，各个DCS厂家的控制器和人机接口部件区别不大，技术水平相差不远。差别最大的主要是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式。据实验结果二者速度相差七、八倍。下图为一个常规的DCS通讯网络拓扑:

管理信息通讯网络集线器

工程师站SIS/MIS系统接口操作员站历史数据站

路由器

交换机100Mbps冗余实时通讯网络

BNC/RJ45

10Mbps冗余实时通讯网络

电源集线器

分布式处理单元DPU远程控制站智能远程I/O子系统

2、DCS网络系统在电厂中所控制的范围

全厂的DCS系统网络主要分为单元机组和公用系统两大部分，DCS系统通讯

主要是指单元机组、公用系统主控制器与各操作员站点和就地设备的控制，其主

要设备涵盖了处理系统、传输设备、操作站点、执行设备。

按具体职能又可分为:

1、MCS(modulatingcontrolsystem)模拟量控制系统;

2、AGC(AutomaticGenerationControl)自动发电量控制系统;3、CCS(CoordinatedControlSystem)协调控制系统;

4、SCS(StructureCablingSystem)顺序控制系统;

5、FSSS(FurnaceSafetySupervisionSystem)锅炉炉膛安全监控系统;

6、DEH(DigitalElectricHydraulicControlSystem)数字电液调节系;

7、ECS(ElectricControlSystem)电气控制系统;

8、ETS(Emergencytripsystem)汽轮机危机跳闸保护系统;

9、TSI(TurbinSupervisoryInstrument)汽轮机安全监测系统等。

通过这些分工不同的职能系统对各自设备的控制，使得DCS网络系统实现了对整个电厂高度集中的自动化控制，随着电厂应用的发展DCS已从较为独立的控制岛发展成同外系统接口联系密切的控制系统。因DCS网络通信故障，轻则发生DCS局部死机，对机组的安全稳定运行带来影响，重则引起整个DCS网络瘫痪，机组跳闸，甚至影响电网的安全。因此DCS系统网络通讯故障及其防范便成为目前需要考虑和解决的重要问题。

3、造成DCS系统网络通讯故障原因的分析

在DCS的通信网络上连接有几种不同的节点，通常分为两大类。一类是直接与生产过程通过I/O板连接起来的节点，称之为控制器。另一类是与人机相连的节点，称为人机界面，分别是操作员站、工程师站、历史站和动态数据服务器等。

DCS死机表现形式为:

1、经常出现操作员站死机;

2、分散处理单元(DPU)的初始化、死机、脱网;

3、冗余控制器切换不成功;

、数据通讯中断等。4

上述这些现象除了与应用软件设计是否成熟可靠有关外，还和通讯网络堵塞现象严重程度相关，主要有一下几种因素:

1、由于WINDOWSNT操作系统本身存在的问题，以及DCS应用软件和NT操作系统在运行中可能发生的冲突，采用NT操作系统要比UNIX操作系统容易发生操作员站、工程师站死机现象，特别是键盘操作时几个特殊键按下时，就会发生死机现象。在极端工况下，外部因素可利用操作系统的安全漏洞引发大量偶发性的报警信息，导致网络异常。

2、当节点连到DCS的通信网络上时，通常需有网络接口，控制器把数据送到接口，人机界面从网络接口读取数据，读取数据应遵守网络通信协议。常用的通信协议为广播式，网络上的节点把数据送到网络上，就不断广播数据，需要数据的节点就接收数据。除了这种方式之外，还有一种询问式，某个节点向网上的其他节点问询数据，但如果其他节点没有这个数据，它就反复进行问询，直至读取到这个数据。那么如果网络上根本没有这个数据，就会造成网络堵塞。

3、在DCS运行时间比较长的情况下，电厂的维护人员不断更替，控制器的组态也不断变化，但应用软件组态只加不减，有些组态实际上已没有与真正的I/O点相连。而DPU读取数据时，将该DPU上所有数据点都读进去，而其中有很大部分的数据是无效的，因而造成DPU负荷