（国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106）
摘要：本文主要介绍了西门子TXP系统（TELEPERMXP）通道故障机理，以及针对常见的通道故障问题，提出相应的硬件改进和软件优化措施，提高了信号的可靠性和稳定性，为被控对象的稳定运行奠定了基础。
关键字：通道故障；故障机理；优化措施
Thecauseofchannelfaultandimprovementapproach
ofTXP（TELEPERMXP）system
FeiYunXin
(NaritechnologyCorporationlimited，NanJingOfJiangSU211106，China)
Abstract:ThispaperbrieflydescribesthecauseofchannelfaultofTXPsystem,andforcommonchannelfaultproblems,proposedcorrespondinghardwareimprovementandsoftwareoptimizationmeasures.Thesemeasuresimprovedthereliabilityandstabilityofthesignalchannel,soastolayagoodfoundationforthestableoperationofcontrolledobject.
KeyWords:channelfault;faulttype;improvementapproach
1.前言
TXP（TelepermXP）系统是西门子公司研制的集散控制系统，其测量信号根据测点功能，采用不同的配置策略，测点直接涉及设备的保护、联锁、自动调节和状态信息监测，控制系统的通道故障将影响系统正常监控功能，甚至导致设备保护误动、拒动，对被控机组的安全稳定运行造成影响。本文详细介绍了TXP系统设计方案中信号通道的配置及逻辑策略，结合通道故障典型事例分析，介绍了通道故障的主要类型和优化改进措施。
2.通道配置策略和通道故障分类
根据热工保护“杜绝拒动，防止误动”的基本配置原则,TXP（TelepermXP）系统在设计阶段，考虑测量元件在厂房现场使用的环境条件，对测量通道的部件采用冗余配置可以有效提高保护信号的可靠性，同时根据信号功能的重要性，采用不同的信号通道配置策略。
单通道配置主要用于测量参数显示、通信、闭环控制、开环控制，对于工艺设备已经采用多冗余序列设置（如：3×50%）,当单通道信号失效时，工艺设备将在系统间切换，不影响系统功能；或者系统短暂失效不会对机组运行造成负面后果，失效部件能得到及时更换，信号单通道配置能够满足系统运行要求。
对测量参数需要连续监测但维护比较困难的测点，由于单个测量元件无法提供足够可靠性，因此采用双通道配置。双通道配置的两个测量值被2取1功能块表决，输出值参与后续的信号运算。根据工艺和保护需要，通过设置功能块参数可以选择输出大值或小值。选择块具备输入信号选择功能，当一个输入信号故障时，输出信号切换至另一个有效信号，并发出相应通道故障报警。功能块实时监测两个输入值，当二者偏差大于设定值，发出报警。
涉及到较高商业价值或影响机组可靠性的设备，为确保信号可靠性，防止设备保护误动，通常采用三通道冗余配置。三个输入信号被分配在不同的模件内，三个测量值通过3取2模块处理后进行输出，若三个测量值都正常，功能块将三个值的平均值作为输出值参与后续保护联锁。若其中一个输入信号故障或超出设定偏差值，此信号将被排除，并发出报警。若三个信号间两两偏差超过设定偏差值或三个信号都故障，功能块将输出默认值0，同时输出信号的有效位为0，不会触发后续的保护联锁信号，防止误动。对于电站汽轮机保护信号，除了测量元件采用3重冗余外，每个测量值又被分配成3个通道的信号在3块不同的DCS（Distributedcontrolsystem）采集模件内经3取2模块处理后输出三个信号分别送至3个不同的继电器，只有3个继电器中有两个以上的继电器同时动作时，才最终触发保护停运汽轮机。
通道故障包括测量通道故障和驱动通道故障两大类，其中测量通道故障包括模拟量采集通道故障和开关量采集通道故障。造成测量通道故障的原因包括工艺参数实际越限、测量回路断线、变送器和模件硬件故障以及合成算法信号偏差的故障等。驱动通道故障包括模拟量驱动和开关量输出的驱动故障。模拟量和开关量驱动故障包括模件通道单一故障和回路断线故障，将引起设备失控等异常，影响机组稳定运行控制。
3.通道故障典型事例及其处理措施
1、主冷却剂泵启动电流监视故障
6KV大功率电机启动电流越限值故障是典型的模拟量测量通道故障，测量通道缺省设计功能是在越限测量信号恢复正常后，延时20s恢复显示值。该功能设计是考虑因工艺参数超出变送器校验设定值范围，或最大检测可承受范围等引发工作异常后，在工艺参数回归正常后，测量元件、变送器等感测设备复位启动和稳定输出需要的时间。
如果泵启动瞬间启动电流超出测量通道监测范围，OT（操作员终端）画面将显示为通道故障，所以在泵启动瞬间，原设计通道输入值越限故障监视功能，满足不了对RCPS的启动状态监视。针对上述问题，可以取消内部绑定的越上限监视和20s复位功能（见图1），增加“泵启动数秒后（一般为18秒-20秒）后，如果电流仍大于额定电流的（1.2-1.5）倍（860A），则在OT画面报警”的设置，见图2。
图1取消电流上限监视功能(URL:noteffective)
图2外加电流限值报警功能
2、单模拟量异常引发的事件
对于参与重要逻辑联锁保护的单模拟量信号，为了防止因单模拟量信号故障（或者受干扰）引起较为严重的瞬态事件，可通过增加冗余信号对信号进行二取一或者三取二后再参与逻辑的联锁与保护，以达到降低单模拟量信号敏感性、提高测量通道的可靠性和规避单一故障的目的。
3、驱动通道故障导致的异常
由于TXP系统的FUM（功能模件）模件出现硬件故障报警类型在OM（OperatorMonitor）系统设计定义为D类报警，由于D类报警不在运行人员监视的ASD报警栏内显示，只在I&C（Instrumentandcontrol）的ASD报警栏内显示，故若FUM模件硬件故障后操作员很难及时发现。因此对于阀门或者泵的驱动模件发生故障或者系统错误，将导致其所驱动的设备无法控制，若操作员不能及时发现的话，可能引起较为严重的运行后果。针对上述问题，可以对FUM模件故障报警进行优化，当出现FUM模件故障时，在OM的ASD报警栏出现“Mod.notactvtdSYS1""Mod.notactvtdSYS2"的G类报警，并加入到运行工艺参数报警监视窗口（ASD）中，确保缺陷发生后得到及时发现。
4.测量通道故障的优化
通过上面的典型事例分析，测量通道越限故障和单模拟量测点异常，是通道故障中最常见的，如不改变系统缺省功能设置，风险难以控制，尤其是单一故障的情况更是无法规避，因此有必要对测量通道故障进行优化。
1、单个模拟量信号故障
单模拟量信号测量采集块通常为AT（模拟量采集）（4~20mA）、RT（温度采集）块，模拟量采集模块可以设置4个限值、通道故障后缺省值设置和选择开关。在模块参数缺省设置情况下，模块通过对输出值的量程监测，判断信号是否有效（-10%~110%量程为有效），当信号无效时，限值仍然与模块输出值进行比较进行相应的限值输出，故存在通道故障时信号误动的可能。因此可以预先设置信号无效时模拟量信号、开关限值的输出，这样可以避免仪表超量程和通道故障导致的保护误动作。具体参数设置见图3。
图3AT、RT块内部重要参数设置项
通过参数优化后，可以降低通道故障后保护、联锁误动的概率，但是结合通道故障的产生机理分析，当温度测点接线发生接触不良，电阻值增加不一定能马上超出量程范围，触发设定值输出；或者当温度测点受到电磁干扰时，温度测量值会发生波动，仍然可能导致保护误动，需要进一步优化。
由于在许多电厂辅机的保护中，存在大量的轴承温度保护，且部分轴承测点的保护信号通道配置上采用单通道配置，保护误动对机组扰动较大,例如循环水泵若保护停运，直接导致机组甩负荷。针对温度测量通道容易受干扰、通道测量回路接触不良导致测量值瞬间波动的情况，通过在软件保护逻辑上对温度保护信号增加延时模块，以排除测量回路的干扰和瞬间波动造成保护误动的风险；针对泵的轴承温度元件接线不良或元件损坏导致保护误动问题，对轴承温度测点增加冗余配置，使保护逻辑由单测点保护变为2取2保护逻辑以降低保护误动的概率。
2、“二取一”信号（1V2）
“二取一”逻辑是将同一个工艺参数的两个测点信号，通过软件选择最合适的数据，来提高信号的可靠性。合成计算信号需要考虑两种极端情况，一种是同时间超限故障，如两个信号同时故障，除采集系统本身故障外，一般为工艺系统本身实际工况或人因造成的。另一种是信号切换过程中可能导致参数大幅度波动的情况，上述情况通常由切换功能异常造成，而在纯仪表信号故障切换状况下不会发生。信号切换过程限值是否动作取决于上一级单个模拟量的定值设置。上述两种极端情况发生的后果是保护动作，或被调量大幅波动。“二取一”模块内部需关注的参数是切换时间，若设置太长可能造成切换过程中其输出值跌落，导致信号参与的联锁逻辑回路动作,内部参数见图4。
图4“二取一”功能块内部参数
为了避免在切换过程中发生数据突然跌落情况，可在保护逻辑中增加适当延时，对于闭环回路，因调节器回路一般都设计有无扰切换逻辑，因此一般不会对其产生大的影响。
3、“三取二”信号（2V3）
“三取二”逻辑是为了提高信号的可靠性，将同一个工艺参数的三个测点信号，通过软件进行有效性判断（如信号的一致性判断，信号有效性判断等），在至少有两个及以上信号有效的情况，综合输出值为平均计算值。
“三取二”合成计算信号失效需要考虑两种情况，其一是1个信号通道故障，需要及时通知检修人员处理。其二是2个信号同时故障或偏差越限，由于限值信号在“三取二”逻辑块中产生，当发生上述情况时，KGY（输出信号有效位）信号将消失，因此是否会引起保护、联锁动作将由具体的组态逻辑来定。如果KGY作用于闭环调节器，则调节器可能退出自动（根据组态）。输入信号两两之间超差限值是“三取二”模块内部的关键参数之一，当两两之间偏差超出该设定值，“三取二”模块的模拟量输出和KGY均被置为0。
与“三取二”模块配合使用的限值块，将对2V3输出值进行限值计算，并判断KGY的有效性，若KGY无效，则当“三取二”模块的模拟量输出值超过限定值时，限值块不发生状态翻转，即保护、联锁拒动。因此，限值模块通常与2V3等合成运算过后的模拟量信号联合使用时，需要关注的是限定值、高或低设置、以及KG端子是否被激活。
4、开关量采集通道故障
由于正常工况下常开点和常闭开关量的动作信号对其参与运算的逻辑影响是不同的，因此开关量信号通道故障需针对“高电平（1）”信号和“低电平（0）”信号两种情况进行分析。对于低电平动作，正常工况为高电平，在没有延时的情况下，信号下降沿动作，为低电平动作，即所谓的负逻辑设计，也叫故障安全型设计。当通道故障时可能导致保护误动。例如汽轮机有两个停机电磁阀，每个停机电磁阀由三个继电器常闭触点控制，当其中的任意两个继电器失点，则常闭触点闭合，停机电磁阀带电动作，实现汽轮机自动停机。由于单个停机电磁阀控制继电器故障无监测、报警功能，若一个继电器发生故障，无法及时发现解决，若再有一个继电器故障，则汽轮机误动停机。针对停机电磁阀的重要性以及控制继电器不可监控性，增加了对停机电磁阀控制继电器故障的监测回路，可以降低汽轮机保护误动的概率。
对于高电平动作，正常工况为低电平，在没有延时的情况下，信号上升沿动作，为高电平动作，即所谓的正逻辑设计。通道故障后可能导致保护、联锁拒动，风险较大。
对于监测电源母线开关状态和汽轮机阀门等重要信号的设计可通过外接47KΩ电阻或Changeover（三线制信号引入）型设计，当发生通道类故障后，将产生系统报警，提醒维护人员，及时消除缺陷，规避保护拒动。
5.小结
对TXP系统的信号通道实施上述改进和优化措施后，可有效提高信号的可靠性，降低通道故障的概率。上述的通道故障的优化更多是集中在保护信号方面，但为了进一步提高TXP系统信号的可靠性，对参与闭环调节器的信号，尤其是调节阀阀位反馈通道故障的影响值得进一步深入研究和优化。
6.参考文献
1TXP手册，Rev.7.52003.02.27
2TheApplicationofSensorSignalsinOperationalI&C，1999
作者简介：费云新，1978年出生，性别：男，籍贯：江苏省连云港市，职称：工程师，大学本科，研究方向：电站控制系统