DCS系統的可靠性研究及現場(chǎng)條件

一、前言

　　分散控制系統(DCS)的主要作用是對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制、監視、管理和決策，因此必須具有很高的可靠性，才能保證工廠(chǎng)的安全、經(jīng)濟運行。隨著(zhù)大規模計算機系統和計算機通信網(wǎng)絡(luò )的不斷發(fā)展，可靠性問(wèn)題己經(jīng)成為一個(gè)十分重要的問(wèn)題，其理論也在這種形勢下不斷地發(fā)展和完善。可靠性技術(shù)的研究內容大致分為四個(gè)方面：可靠性設計、可靠性分析、可靠性試驗、可靠性管理。

　　二、DCS系統的可靠性措施

　　在DCS系統中，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 使系統本身不易發(fā)生故障，即所謂的故障預防;② 在系統發(fā)生故障時(shí)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 當系統發(fā)生故障時(shí)，能夠讓系統繼續運行，即所謂的故障容錯;④ 當系統發(fā)生故障時(shí)，可以在不停止系統運行的情況下進(jìn)行維修，即所謂的在線(xiàn)維修?；谶@四種基本思想，DCS系統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。

　　1、嚴格進(jìn)行質(zhì)量管理和提高系統硬件水平

　　為了實(shí)現DCS系統的硬件可靠，DCS系統的制造商采取了一系列提高硬件質(zhì)量的措施，如對元器件進(jìn)行嚴格的篩選、老化元器件的降額使用、充分考慮到參數變化的影響、采用低功耗元件、采用噪聲抑制技術(shù)等。

　　2、DCS系統現場(chǎng)設計的可靠性措施

　　DCS出現問(wèn)題后，將會(huì )有無(wú)法操作、無(wú)法監視等造成設備失控的情況出現。輕者出現設備停運影響經(jīng)濟效益，重者危及人身和設備的安全。所以在設計中一定要根據現場(chǎng)的具體情況認真的考慮系統以下幾點(diǎn)可靠性：

　　(1)電源系統

　　DCS系統的供電系統是其運行的基礎，電源負荷不要超過(guò)60%，以免電源高負荷運行。同時(shí)要考慮用高品質(zhì)的電源，一般筆者采用UPS電源，采用兩臺UPS互為備用最好，一臺出現故障后備用機能夠無(wú)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(xiàn)，要根據電氣廠(chǎng)用接線(xiàn)取可靠性高的不同母線(xiàn)段電源，這樣保證電氣一段母線(xiàn)出現問(wèn)題后不會(huì )影響DCS系統的電源。DCS電源系統(UPS、電源柜等)在現場(chǎng)安裝時(shí)要安裝在滿(mǎn)足無(wú)塵、無(wú)振動(dòng)、防腐等要求的電子設備間內，同時(shí)安裝完畢通電前把電纜孔封堵，以防泄漏蒸汽從電纜孔進(jìn)入電源系統造成電源短路。在DCS電源上電后，要在UPS、電源柜等設備上掛“設備帶電運行禁止操作”標識牌，更不準可以在DCS電源系統上接入與DCS系統無(wú)關(guān)的負載，如檢修電源、檢修照明、充電設備、空調等。

　　(2)冗余系統

　　現場(chǎng)考慮人們有必要對重要的I/O模塊進(jìn)行冗余，同時(shí)考慮操作員站的N:1冗余結構，這樣避免由于卡件或操作員站出現硬件故障造成設備停運。

　　(3)采用后備措施

　?、?手動(dòng)后備

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

　?、?自動(dòng)后備

　　自動(dòng)后備是采用冗余的方式設置另外一套或幾套備用控制裝置。當處于運行狀態(tài)的自動(dòng)控制裝置發(fā)生故障時(shí)，備用控制裝置自動(dòng)投入，維持系統的自動(dòng)控制。自動(dòng)后備是冗余系統的一種形式，冗余有主控單元冗余、電源系統冗余、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。運行設備出現故障時(shí)，熱備設備會(huì )自動(dòng)無(wú)擾的運行，同時(shí)不影響對故障設備的檢修。

　　3、使系統故障時(shí)處于安全狀態(tài)

　　DCS系統本身在工作中不斷地進(jìn)行在線(xiàn)故障檢測，一旦發(fā)現故障，就將故障設備與系統隔離，使它不至于影響其他設備的正常運行。故障出現后同時(shí)會(huì )發(fā)出聲光報警，維護人員根據報警的提示進(jìn)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(guò)程中要做好現場(chǎng)的技術(shù)措施，不要輕易重啟CPU，以免對設備造成擾動(dòng)。如果需要重啟CPU，需要與操作人員配合做好預防措施，一般DCS在CPU復位時(shí)會(huì )對模擬量輸出信號進(jìn)行復位，這樣可以對執行器和變頻器采用手動(dòng)切換控制方式，執行器也可以采用斷電方式或將模擬量輸出卡件拔掉方式(執行器具有斷信號保持功能)，系統正常后將信號加到正常值后再給執行器上電和插卡件。但是一定要根據DCS本身的特點(diǎn)進(jìn)行，有的設計中有開(kāi)關(guān)量安全輸出(開(kāi)、關(guān)、保持等)，如果用戶(hù)在組態(tài)時(shí)選的安全輸出是開(kāi)，那當重啟CPU后開(kāi)關(guān)量會(huì )發(fā)出開(kāi)的指令。

　　三、現場(chǎng)條件

　　1、現場(chǎng)環(huán)境

　　DCS系統一般都放在控制室內或計算機電子間內，計算機室應隔熱、防塵還需要避開(kāi)強電磁場(chǎng)的干擾及遠離強振動(dòng)、強噪音場(chǎng)所。計算機室的凈高宜不小于3.2m，面積宜不小于20m2(一臺計算機及其外圍設備)，室內應有電插座。地面應采用無(wú)塵、無(wú)靜電作用光滑地板，該地板宜用活動(dòng)地板，下部空間高度不小于150mm。計算機室應保證室內溫度在18～25℃范圍內，溫度變化率小于5℃/h，相對濕度在45%～70%范圍內，任何情況下不許結露。當空調設備發(fā)生故障時(shí)，應維持室溫在24小時(shí)內不超過(guò)制造廠(chǎng)允許值。以上條件需要在DCS系統上電工作前嚴格控制，工作環(huán)境是保證設備可靠運行的基礎，若環(huán)境要求達不到要求，DCS系統在運行過(guò)程中會(huì )受到不同程度的影響，如溫度高、濕度大、震動(dòng)大等都會(huì )影響DCS系統的正常運行。