提高DCS控制系統(tǒng)電源可靠性的方案

近年來，DCS控制在火電廠過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用水平得到了迅速提高，DCS作為單元機組控制 系統(tǒng)的核心，功能覆蓋傳統(tǒng)的DAS、MCS、FSSS、ECS、DEH、ETS等熱工自動化系統(tǒng)。DCS對 火力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟運行的影響日益增大，DCS的故障導(dǎo)致機組輔機跳閘、甚至機組非計劃停運 事故的機率明顯增加。

電廠提高DCS控制系統(tǒng)可靠性的意義

目前我國的計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，其中尤其是計算機控制技術(shù)發(fā)展迅速，控制能力不斷提高，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。電力工業(yè)對于促進我國經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的作用，電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r對社會的生產(chǎn)和生活方面具有直接的影響。計算機控制技術(shù)也在這一行業(yè)有效的得以利用。其中DCS控制系統(tǒng)是電力行業(yè)控制技術(shù)的核心。要注意的是DCS控制系統(tǒng)是一種電子設(shè)備，會受到內(nèi)部信號差以及外部環(huán)境惡劣的影響。所以要提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性，保證電廠的正常運作，否則會引發(fā)嚴(yán)重的事故，給社會生產(chǎn)生活帶來巨大的損失。

電廠提高DCS控制系統(tǒng)可靠性的措施

在dcs系統(tǒng)中，采用了許多提高可靠性的技術(shù)措施。這些技術(shù)措施是建立在以下四種基本思想上的：

①使系統(tǒng)本身不易發(fā)生故障，即所謂的故障預(yù)防。

②在系統(tǒng)發(fā)生故障時盡可能減少故障所造成的影響，即所謂的故障保安和故障弱化。

③當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠讓系統(tǒng)繼續(xù)運行，即所謂的故障容錯。

④當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以在不停止系統(tǒng)運行的情況下進行維修，即所謂的在線維修。

基于這四種基本思想，DCS系統(tǒng)中采用了各種各樣的可靠性措施降低事故的發(fā)生及所造成的損失。

首先，提高DCS控制系統(tǒng)可靠性需要電廠對工作人員進行管理和培訓(xùn)。具體來說，包括兩個方面。

第一，要對系統(tǒng)的操作人員進行培訓(xùn)工作。如果操作人員在進行DCS控制系統(tǒng)的操作時出現(xiàn)失誤，會對DCS的硬件和軟件的性能造成較大的影響，嚴(yán)重時會威脅到機組的運行安全，并間接的影響到經(jīng)濟的指標(biāo)。因此，當(dāng)管理人員進行DCS畫面的制作工作時，不能單獨行動，要積極的與運行人員進行技術(shù)上的交流，讓運行人員充分的熟悉控制界面所有的操作流程。管理人員需要讓運行人員充分熟悉完整的操作規(guī)程，在進行培訓(xùn)的過程中要著重進行突發(fā)事故的演練，使運行人員了解如何操作來處理突發(fā)事故。最重要的是管理人員在培訓(xùn)DCS控制系統(tǒng)的調(diào)試時要讓運行人員全面的了解其流程和程序。

第二，要對熱控人員進行培訓(xùn)工作。在應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)時需要廣泛的知識，但是熱控人員在短時間內(nèi)是無法完全掌握其控制原理的。所以，要對熱控人員進行培訓(xùn)。培訓(xùn)時要區(qū)分優(yōu)先級，先對熱控工程師進行重點的強化培訓(xùn)。使熱控工程師能夠獨立完成以下工作，一是DCS控制系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通訊的建立工作，二是程序組態(tài)的設(shè)計工作，三是硬件的測試和驗收工作。另外，如果在設(shè)備調(diào)試的過程中出現(xiàn)了某些問題的時候，要讓熱控工程師參與進來，利用相關(guān)資料來對出現(xiàn)的問題進行分析和解決。

其次，提高DCS控制系統(tǒng)可靠性需要把握好DCS控制系統(tǒng)的選型環(huán)節(jié)。在DCS控制系統(tǒng)的選型環(huán)節(jié)中，需要注意以下幾個方面。

第一，如果幾個類似的機組上有部分機組的控制系統(tǒng)運行良好，此時要優(yōu)先考慮這些機組。不過仍然要注意了解其他電廠中DCS系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而給選型招標(biāo)時提供更多的參照。

第二，在進行DCS控制系統(tǒng)的選型時要保證所選系統(tǒng)的硬件可靠。具體來說，硬件需要是利用成熟的技術(shù)生產(chǎn)出來的，并且能夠具備多方面的功能，比如熱插拔功能。從DCS系統(tǒng)的軟件來說，要保證DCS系統(tǒng)的運算和存儲能力，尤其是要具有良好的抗干擾能力。

第三，從DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，DCS控制系統(tǒng)需要采用冗余技術(shù)來保證局部故障不會影響到機組整體的安全性和穩(wěn)定性。

DCS系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)計的可靠性措施

DCS出現(xiàn)問題后，將會有無法操作、無法監(jiān)視等造成設(shè)備失控的情況出現(xiàn)。輕者出現(xiàn)設(shè)備停運影響經(jīng)濟效益，重者危及人身和設(shè)備的安全。所以在設(shè)計中一定要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況認真的考慮系統(tǒng)以下幾點可靠性：

(1)電源系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)的供電系統(tǒng)是其運行的基礎(chǔ)，電源負荷不要超過60%，以免電源高負荷運行。同時要考慮用高品質(zhì)的電源，一般采用ups電源，采用兩臺UPS互為備用最好，一臺出現(xiàn)故障后備用機能夠無擾切換，提高電源的可靠性。UPS輸入電源不要采用電氣的同一母線，要根據(jù)電氣廠用接線取可靠性高的不同母線段電源，這樣保證電氣一段母線出現(xiàn)問題后不會影響DCS系統(tǒng)的電源。

DCS電源系統(tǒng)(UPS、電源柜等)在現(xiàn)場安裝時要安裝在滿足無塵、無振動、防腐等要求的電子設(shè)備間內(nèi)，同時安裝完畢通電前把電纜孔封堵，以防泄漏蒸汽從電纜孔進入電源系統(tǒng)造成電源短路。在DCS電源上電后，要在UPS、電源柜等設(shè)備上掛“設(shè)備帶電運行禁止操作”標(biāo)識牌，更不準(zhǔn)可以在DCS電源系統(tǒng)上接入與DCS系統(tǒng)無關(guān)的負載，如檢修電源、檢修照明、充電設(shè)備、空調(diào)等。

(2)冗余系統(tǒng)

現(xiàn)場考慮人們有必要對重要的I/O模塊進行冗余，同時考慮操作員站的N:1冗余結(jié)構(gòu)，這樣避免由于卡件或操作員站出現(xiàn)硬件故障造成設(shè)備停運。

(3)采用后備措施

①手動后備

對于重要的控制回路，可以采用手動后備的方法來提高可靠性。一旦自動控制失靈，用手動操作站直接進行操作，在這種情況下，手動操作站直接輸出4～20mA或1～5V的模擬量信號去控制執(zhí)行機構(gòu)或直接接地進行設(shè)備的操作，可以手動控制生產(chǎn)過程。

②自動后備

自動后備是采用冗余的方式設(shè)置另外一套或幾套備用控制裝置。當(dāng)處于運行狀態(tài)的自動控制裝置發(fā)生故障時，備用控制裝置自動投入，維持系統(tǒng)的自動控制。自動后備是冗余系統(tǒng)的一種形式，冗余有主控單元冗余、電源系統(tǒng)冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、I/O模塊冗余、操作員站冗余、服務(wù)器冗余等。運行設(shè)備出現(xiàn)故障時，熱備設(shè)備會自動無擾的運行，同時不影響對故障設(shè)備的檢修。

使系統(tǒng)故障時處于安全狀態(tài)

DCS系統(tǒng)本身在工作中不斷地進行在線故障檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，就將故障設(shè)備與系統(tǒng)隔離，使它不至于影響其他設(shè)備的正常運行。故障出現(xiàn)后同時會發(fā)出聲光報警，維護人員根據(jù)報警的提示進行分析故障原因并盡快的處理故障，避免故障擴大。在處理過程中要做好現(xiàn)場的技術(shù)措施，不要輕易重啟CPU，以免對設(shè)備造成擾動。

如果需要重啟CPU，需要與操作人員配合做好預(yù)防措施，一般DCS在CPU復(fù)位時會對模擬量輸出信號進行復(fù)位，這樣可以對執(zhí)行器和變頻器采用手動切換控制方式，執(zhí)行器也可以采用斷電方式或?qū)⒛M量輸出卡件拔掉方式(執(zhí)行器具有斷信號保持功能)，系統(tǒng)正常后將信號加到正常值后再給執(zhí)行器上電和插卡件。但是一定要根據(jù)DCS本身的特點進行，有的設(shè)計中有開關(guān)量安全輸出(開、關(guān)、保持等)，如果用戶在組態(tài)時選的安全輸出是開，那當(dāng)重啟CPU后開關(guān)量會發(fā)出開的指令。

第四，要維護好控制系統(tǒng)的軟件。從幾個方面來著手。

一是要保證程序和軟件具有良好的穩(wěn)定性，系統(tǒng)或者單個的控制器不會出現(xiàn)類似司機的故障。

二是系統(tǒng)能夠具備自我診斷功能，如果控制器以及IO信號出現(xiàn)錯誤或故障能夠進行自動報警。

三是人工操作方便，可以良好的進行程序的修改以及下載工作。

四是保證系統(tǒng)的備品具有較高的可靠性，方便采購，而且價格合理。

五是控制系統(tǒng)的功能要強大，內(nèi)置的軟件要保證安全性和可靠性，能夠根據(jù)需要利用組態(tài)功能塊輕易的實現(xiàn)。

六是對控制系統(tǒng)的投入要充分，保證能夠最大程度的發(fā)揮DCS技術(shù)的優(yōu)勢。要保證充足的控制器的對數(shù)，能夠合理的分配控制功能。要保證I/O模塊數(shù)量的合理性，便于信號的有效分配。

再次，提高DCS控制系統(tǒng)可靠性需要做好提高電廠環(huán)境中DCS控制系統(tǒng)的抗干擾能力。要做好控制系統(tǒng)的安裝工作。從系統(tǒng)的安裝的角度來說，安裝DCS控制系統(tǒng)時需要嚴(yán)格遵守相關(guān)的規(guī)定，尤其要注意安裝改造過的DCS系統(tǒng)時需要把握好安裝的標(biāo)準(zhǔn)，負責(zé)安裝的施工單位要具備良好的資質(zhì)和施工經(jīng)驗。當(dāng)確定好系統(tǒng)的各個選項后，有關(guān)的技術(shù)人員要參與到設(shè)計工作中來，共同進行控制系統(tǒng)的設(shè)計、施工方案的制定以及技術(shù)方面的培訓(xùn)。要注意處理好控制系統(tǒng)的干擾因素，將干擾降到最低。要通過合理的手段來消除和抑制干擾源，保證DCS控制系統(tǒng)的正常運行。

電廠的管理人員可以建設(shè)各個機組專門的DCS的小間，這樣能夠有效的避免大功率設(shè)備對DCS控制系統(tǒng)的影響，另外，在排除干擾源時需要保證信號電纜和電源電纜不是平行進行敷設(shè)的。由于發(fā)電廠在現(xiàn)場進行工作時環(huán)境比較復(fù)雜，在電纜相對集中的區(qū)域，DCS控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)會受到這些電纜產(chǎn)生的電磁的干擾。

因此，要加強控制系統(tǒng)對這些影響的抵抗能力。在進行控制系統(tǒng)的檢修工作之前，要勘察電纜的夾層，保證電纜尺寸的大小，避免小間內(nèi)各個機柜之間的網(wǎng)絡(luò)線沒有進入到電纜的夾層當(dāng)中。與DCS控制系統(tǒng)連接的網(wǎng)線不經(jīng)過電纜的支架，保證網(wǎng)絡(luò)的走向與大動力的電纜具有相當(dāng)?shù)木嚯x，這樣可以有效的減少干擾源對DCS控制系統(tǒng)的電磁干擾作用。另外，還要保證控制系統(tǒng)的所有接地點具有較強的牢固性，要對接地導(dǎo)線和接地點進行焊接工作，增強其牢固程度。

施工工藝和質(zhì)量

對DCS控制系統(tǒng)的安裝有嚴(yán)格規(guī)定，選擇有良好資質(zhì)和施工經(jīng)驗的施工單位尤其重要?？刂葡到y(tǒng)選型一旦確定后，施工單位的技術(shù)人員要一同介入控制系統(tǒng)設(shè)計、出施工圖、制定施工措施和進行技術(shù)培訓(xùn)等。工程開工前，必須根據(jù)工期要求，制定嚴(yán)格的進度計劃，并要求施工單位組織好施工力量，拿出他們的施工方案。在DCS安裝、調(diào)試中尤其注意以下問題：

(1)施工中要注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的?？拷拥?，同時對孔洞等必須做防火處理，盤柜等要有防振動措施。

(2)敷設(shè)電纜時尤其要注意強電弱電分開，屏蔽線的可靠接地和抗干擾。在布線過程中一定要按照設(shè)計圖紙施_[，在接線中，電纜及芯線標(biāo)記要清晰完整，能長期保持;壓接端子必須用絕緣管預(yù)裝端頭處理。

(3)要嚴(yán)格控制電子設(shè)備問的環(huán)境條件，注意搞好消防、空調(diào)、通風(fēng)及照明等工作。尤其要提的是通風(fēng)和空調(diào)，由于DCS控制系統(tǒng)溫度要求嚴(yán)格，所以應(yīng)盡早將空調(diào)系統(tǒng)投入運行，空調(diào)的出風(fēng)口不能正對機柜或DCS其他電子設(shè)備，以免冷凝水滲透到設(shè)備內(nèi)造成危害;同時，電子卡件決不允許有粉塵進入，所以，要求電子間能一直保持環(huán)境清潔和濾網(wǎng)干凈，注意除濕和調(diào)整好溫度。

程序設(shè)計和調(diào)試驗收

在程序設(shè)計和驗收過程中，要充分調(diào)動全體員工的積極性，使大家盡可能多地對DCS控制系統(tǒng)進行了解、熟悉和掌握。

在組態(tài)和驗收中，要特別注意以下問題：

(1)在程序組態(tài)設(shè)計中，一定要采用保障機組安全運行控制策略。保護或連鎖的邏輯判據(jù)必須是充要的。對汽輪機轉(zhuǎn)速、汽輪機潤滑油壓力等，宜采用硬接線保護和軟件保護相結(jié)合，建議采用常閉信號，以確保保護的可靠投入;對重要的三取二保護信號，要采用模擬量和開關(guān)量進行組合，在保證重要主設(shè)備安全的前提下，建議盡可能采用常開信號，以避免保護的誤動作。

(2)在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計、測試、驗收、投入運行和在線調(diào)整各階段，程序設(shè)計和測試人員一定要全程參與，要結(jié)合類似控制系統(tǒng)使用中存在的問題，嚴(yán)格審核保護控制邏輯設(shè)計和組態(tài)的合理性。測試中一定要全面測試所有的回路，要仔細記錄各次檢查和試驗結(jié)果，若發(fā)現(xiàn)與軟件相關(guān)的問題要立即與供應(yīng)商取得聯(lián)系，并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題。

(3)要有必需的后備手段：重要的保護和聯(lián)鎖，出了有通訊連接外，還必須具有硬接線方式;對重要的調(diào)節(jié)設(shè)備，除了在操作員站上有軟手操外，還必須有后備手操，以便在DCS控制器或I/O模件發(fā)生故障時，仍可以對重要設(shè)備進行及時干預(yù)。

提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性對于電廠的運行具有重要意義。電力工業(yè)對于促進我國經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的作用，電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r對社會的生產(chǎn)和生活方面具有直接的影響。計算機控制技術(shù)也在這一行業(yè)有效的得以利用，而其中的DCS控制系統(tǒng)是電力行業(yè)控制技術(shù)的核心。要保證電廠運行的穩(wěn)定性和安全性，就必須通過各項有效的措施來提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性