提高DCS控制系統電源可靠性的方案

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

電廠(chǎng)提高DCS控制系統可靠性的意義

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，被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。電力工業(yè)對于促進(jìn)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)展狀況對社會(huì )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控制系統是電力行業(yè)控制技術(shù)的核心。要注意的是DCS控制系統是一種電子設備，會(huì )受到內部信號差以及外部環(huán)境惡劣的影響。所以要提高DCS控制系統的可靠性，保證電廠(chǎng)的正常運作，否則會(huì )引發(fā)嚴重的事故，給社會(huì )生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大的損失。

電廠(chǎng)提高DCS控制系統可靠性的措施

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。

基于這四種基本思想，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。

首先，提高DCS控制系統可靠性需要電廠(chǎng)對工作人員進(jìn)行管理和培訓。具體來(lái)說(shuō)，包括兩個(gè)方面。

第一，要對系統的操作人員進(jìn)行培訓工作。如果操作人員在進(jìn)行DCS控制系統的操作時(shí)出現失誤，會(huì )對DCS的硬件和軟件的性能造成較大的影響，嚴重時(shí)會(huì )威脅到機組的運行安全，并間接的影響到經(jīng)濟的指標。因此，當管理人員進(jìn)行DCS畫(huà)面的制作工作時(shí)，不能單獨行動(dòng)，要積極的與運行人員進(jìn)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程，在進(jìn)行培訓的過(guò)程中要著(zhù)重進(jìn)行突發(fā)事故的演練，使運行人員了解如何操作來(lái)處理突發(fā)事故。最重要的是管理人員在培訓DCS控制系統的調試時(shí)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(jìn)行培訓工作。在應用DCS控制系統時(shí)需要廣泛的知識，但是熱控人員在短時(shí)間內是無(wú)法完全掌握其控制原理的。所以，要對熱控人員進(jìn)行培訓。培訓時(shí)要區分優(yōu)先級，先對熱控工程師進(jìn)行重點(diǎn)的強化培訓。使熱控工程師能夠獨立完成以下工作，一是DCS控制系統以及網(wǎng)絡(luò )通訊的建立工作，二是程序組態(tài)的設計工作，三是硬件的測試和驗收工作。另外，如果在設備調試的過(guò)程中出現了某些問(wèn)題的時(shí)候，要讓熱控工程師參與進(jìn)來(lái)，利用相關(guān)資料來(lái)對出現的問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。

其次，提高DCS控制系統可靠性需要把握好DCS控制系統的選型環(huán)節。在DCS控制系統的選型環(huán)節中，需要注意以下幾個(gè)方面。

第一，如果幾個(gè)類(lèi)似的機組上有部分機組的控制系統運行良好，此時(shí)要優(yōu)先考慮這些機組。不過(guò)仍然要注意了解其他電廠(chǎng)中DCS系統的運行狀態(tài)，從而給選型招標時(shí)提供更多的參照。

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

第三，從DCS控制系統的結構來(lái)看，DCS控制系統需要采用冗余技術(shù)來(lái)保證局部故障不會(huì )影響到機組整體的安全性和穩定性。

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

①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。

②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。

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。

第四，要維護好控制系統的軟件。從幾個(gè)方面來(lái)著(zhù)手。

一是要保證程序和軟件具有良好的穩定性，系統或者單個(gè)的控制器不會(huì )出現類(lèi)似司機的故障。

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

三是人工操作方便，可以良好的進(jìn)行程序的修改以及下載工作。

四是保證系統的備品具有較高的可靠性，方便采購，而且價(jià)格合理。

五是控制系統的功能要強大，內置的軟件要保證安全性和可靠性，能夠根據需要利用組態(tài)功能塊輕易的實(shí)現。

六是對控制系統的投入要充分，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，能夠合理的分配控制功能。要保證I/O模塊數量的合理性，便于信號的有效分配。

再次，提高DCS控制系統可靠性需要做好提高電廠(chǎng)環(huán)境中DCS控制系統的抗干擾能力。要做好控制系統的安裝工作。從系統的安裝的角度來(lái)說(shuō)，安裝DCS控制系統時(shí)需要嚴格遵守相關(guān)的規定，尤其要注意安裝改造過(guò)的DCS系統時(shí)需要把握好安裝的標準，負責安裝的施工單位要具備良好的資質(zhì)和施工經(jīng)驗。當確定好系統的各個(gè)選項后，有關(guān)的技術(shù)人員要參與到設計工作中來(lái)，共同進(jìn)行控制系統的設計、施工方案的制定以及技術(shù)方面的培訓。要注意處理好控制系統的干擾因素，將干擾降到最低。要通過(guò)合理的手段來(lái)消除和抑制干擾源，保證DCS控制系統的正常運行。

電廠(chǎng)的管理人員可以建設各個(gè)機組專(zhuān)門(mén)的DCS的小間，這樣能夠有效的避免大功率設備對DCS控制系統的影響，另外，在排除干擾源時(shí)需要保證信號電纜和電源電纜不是平行進(jìn)行敷設的。由于發(fā)電廠(chǎng)在現場(chǎng)進(jìn)行工作時(shí)環(huán)境比較復雜，在電纜相對集中的區域，DCS控制系統的網(wǎng)絡(luò )會(huì )受到這些電纜產(chǎn)生的電磁的干擾。

因此，要加強控制系統對這些影響的抵抗能力。在進(jìn)行控制系統的檢修工作之前，要勘察電纜的夾層，保證電纜尺寸的大小，避免小間內各個(gè)機柜之間的網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)沒(méi)有進(jìn)入到電纜的夾層當中。與DCS控制系統連接的網(wǎng)線(xiàn)不經(jīng)過(guò)電纜的支架，保證網(wǎng)絡(luò )的走向與大動(dòng)力的電纜具有相當的距離，這樣可以有效的減少干擾源對DCS控制系統的電磁干擾作用。另外，還要保證控制系統的所有接地點(diǎn)具有較強的牢固性，要對接地導線(xiàn)和接地點(diǎn)進(jìn)行焊接工作，增強其牢固程度。

施工工藝和質(zhì)量

對DCS控制系統的安裝有嚴格規定，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設計、出施工圖、制定施工措施和進(jìn)行技術(shù)培訓等。工程開(kāi)工前，必須根據工期要求，制定嚴格的進(jìn)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、調試中尤其注意以下問(wèn)題：

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

(2)敷設電纜時(shí)尤其要注意強電弱電分開(kāi)，屏蔽線(xiàn)的可靠接地和抗干擾。在布線(xiàn)過(guò)程中一定要按照設計圖紙施_[，在接線(xiàn)中，電纜及芯線(xiàn)標記要清晰完整，能長(cháng)期保持;壓接端子必須用絕緣管預裝端頭處理。

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

程序設計和調試驗收

在程序設計和驗收過(guò)程中，要充分調動(dòng)全體員工的積極性，使大家盡可能多地對DCS控制系統進(jìn)行了解、熟悉和掌握。

在組態(tài)和驗收中，要特別注意以下問(wèn)題：

(1)在程序組態(tài)設計中，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必須是充要的。對汽輪機轉速、汽輪機潤滑油壓力等，宜采用硬接線(xiàn)保護和軟件保護相結合，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(kāi)關(guān)量進(jìn)行組合，在保證重要主設備安全的前提下，建議盡可能采用常開(kāi)信號，以避免保護的誤動(dòng)作。

(2)在控制系統選型、設計、測試、驗收、投入運行和在線(xiàn)調整各階段，程序設計和測試人員一定要全程參與，要結合類(lèi)似控制系統使用中存在的問(wèn)題，嚴格審核保護控制邏輯設計和組態(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果，若發(fā)現與軟件相關(guān)的問(wèn)題要立即與供應商取得聯(lián)系，并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問(wèn)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(xiàn)方式;對重要的調節設備，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(shí)，仍可以對重要設備進(jìn)行及時(shí)干預。

提高DCS控制系統的可靠性對于電廠(chǎng)的運行具有重要意義。電力工業(yè)對于促進(jìn)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)展狀況對社會(huì )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控制系統是電力行業(yè)控制技術(shù)的核心。要保證電廠(chǎng)運行的穩定性和安全性，就必須通過(guò)各項有效的措施來(lái)提高DCS控制系統的可靠性