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(jī)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(dòng)化系統(tǒng)。DCS對(duì) 火力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響日益增大，DCS的故障導(dǎo)致機(jī)組輔機(jī)跳閘、甚至機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn) 事故的機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，其中尤其是計(jì)算機(jī)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(gè)領(lǐng)域。電力工業(yè)對(duì)于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)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(duì)社會(huì)的生產(chǎn)和生活方面具有直接的影響。計(jì)算機(jī)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(huì)受到內(nèi)部信號(hào)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(yùn)作，否則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，給社會(huì)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(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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠讓系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，即所謂的故障容錯(cuò)。

④當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以在不停止系統(tǒng)運(yùn)行的情況下進(jìn)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(duì)工作人員進(jìn)行管理和培訓(xùn)。具體來說，包括兩個(gè)方面。

第一，要對(duì)系統(tǒng)的操作人員進(jìn)行培訓(xùn)工作。如果操作人員在進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)的操作時(shí)出現(xiàn)失誤，會(huì)對(duì)DCS的硬件和軟件的性能造成較大的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到機(jī)組的運(yùn)行安全，并間接的影響到經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)。因此，當(dāng)管理人員進(jìn)行DCS畫面的制作工作時(shí)，不能單獨(dú)行動(dòng)，要積極的與運(yùn)行人員進(jìn)行技術(shù)上的交流，讓運(yùn)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(yùn)行人員充分熟悉完整的操作規(guī)程，在進(jìn)行培訓(xùn)的過程中要著重進(jìn)行突發(fā)事故的演練，使運(yùn)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(shí)要讓運(yùn)行人員全面的了解其流程和程序。

第二，要對(duì)熱控人員進(jìn)行培訓(xùn)工作。在應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)時(shí)需要廣泛的知識(shí)，但是熱控人員在短時(shí)間內(nèi)是無法完全掌握其控制原理的。所以，要對(duì)熱控人員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)時(shí)要區(qū)分優(yōu)先級(jí)，先對(duì)熱控工程師進(jìn)行重點(diǎn)的強(qiáng)化培訓(xùn)。使熱控工程師能夠獨(dú)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(jì)工作，三是硬件的測(cè)試和驗(yàn)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(shí)候，要讓熱控工程師參與進(jìn)來，利用相關(guān)資料來對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)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(gè)方面。

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

第二，在進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)的選型時(shí)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(yùn)算和存儲(chǔ)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(huì)影響到機(jī)組整體的安全性和穩(wěn)定性。

DCS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的可靠性措施

DCS出現(xiàn)問題后，將會(huì)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(yùn)影響經(jīng)濟(jì)效益，重者危及人身和設(shè)備的安全。所以在設(shè)計(jì)中一定要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況認(rèn)真的考慮系統(tǒng)以下幾點(diǎn)可靠性：

(1)電源系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)的供電系統(tǒng)是其運(yùn)行的基礎(chǔ)，電源負(fù)荷不要超過60%，以免電源高負(fù)荷運(yùn)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(tái)UPS互為備用最好，一臺(tái)出現(xiàn)故障后備用機(jī)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(huì)影響DCS系統(tǒng)的電源。

DCS電源系統(tǒng)(UPS、電源柜等)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)要安裝在滿足無塵、無振動(dòng)、防腐等要求的電子設(shè)備間內(nèi)，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(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(yùn)行禁止操作”標(biāo)識(shí)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(fù)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(chǎng)考慮人們有必要對(duì)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(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(yùn)。

(3)采用后備措施

①手動(dòng)后備

對(duì)于重要的控制回路，可以采用手動(dòng)后備的方法來提高可靠性。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(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)或直接接地進(jìn)行設(shè)備的操作，可以手動(dòng)控制生產(chǎn)過程。

②自動(dòng)后備

自動(dòng)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(yùn)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(tǒng)的自動(dòng)控制。自動(dòng)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(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，熱備設(shè)備會(huì)自動(dòng)無擾的運(yùn)行，同時(shí)不影響對(duì)故障設(shè)備的檢修。

使系統(tǒng)故障時(shí)處于安全狀態(tài)

DCS系統(tǒng)本身在工作中不斷地進(jìn)行在線故障檢測(cè)，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(yùn)行。故障出現(xiàn)后同時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，維護(hù)人員根據(jù)報(bào)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(kuò)大。在處理過程中要做好現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)措施，不要輕易重啟CPU，以免對(duì)設(shè)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(yù)防措施，一般DCS在CPU復(fù)位時(shí)會(huì)對(duì)模擬量輸出信號(hào)進(jìn)行復(fù)位，這樣可以對(duì)執(zhí)行器和變頻器采用手動(dòng)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(hào)保持功能)，系統(tǒng)正常后將信號(hào)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(diǎn)進(jìn)行，有的設(shè)計(jì)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(shí)選的安全輸出是開，那當(dāng)重啟CPU后開關(guān)量會(huì)發(fā)出開的指令。

第四，要維護(hù)好控制系統(tǒng)的軟件。從幾個(gè)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(gè)的控制器不會(huì)出現(xiàn)類似司機(jī)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(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤或故障能夠進(jìn)行自動(dòng)報(bào)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(tǒng)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(tǒng)的功能要強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。

六是對(duì)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(shì)。要保證充足的控制器的對(duì)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(hào)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(shí)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(shí)需要把握好安裝的標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)安裝的施工單位要具備良好的資質(zhì)和施工經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)確定好系統(tǒng)的各個(gè)選項(xiàng)后，有關(guān)的技術(shù)人員要參與到設(shè)計(jì)工作中來，共同進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(yùn)行。

電廠的管理人員可以建設(shè)各個(gè)機(jī)組專門的DCS的小間，這樣能夠有效的避免大功率設(shè)備對(duì)DCS控制系統(tǒng)的影響，另外，在排除干擾源時(shí)需要保證信號(hào)電纜和電源電纜不是平行進(jìn)行敷設(shè)的。由于發(fā)電廠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工作時(shí)環(huán)境比較復(fù)雜，在電纜相對(duì)集中的區(qū)域，DCS控制系統(tǒng)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(qiáng)控制系統(tǒng)對(duì)這些影響的抵抗能力。在進(jìn)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(gè)機(jī)柜之間的網(wǎng)絡(luò)線沒有進(jìn)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(dòng)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(duì)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(diǎn)具有較強(qiáng)的牢固性，要對(duì)接地導(dǎo)線和接地點(diǎn)進(jìn)行焊接工作，增強(qiáng)其牢固程度。

施工工藝和質(zhì)量

對(duì)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(yàn)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(jì)、出施工圖、制定施工措施和進(jìn)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(jìn)度計(jì)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(shí)對(duì)孔洞等必須做防火處理，盤柜等要有防振動(dòng)措施。

(2)敷設(shè)電纜時(shí)尤其要注意強(qiáng)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(jì)圖紙施_[，在接線中，電纜及芯線標(biāo)記要清晰完整，能長(zhǎng)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(yùn)行，空調(diào)的出風(fēng)口不能正對(duì)機(jī)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(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(diào)整好溫度。

程序設(shè)計(jì)和調(diào)試驗(yàn)收

在程序設(shè)計(jì)和驗(yàn)收過程中，要充分調(diào)動(dòng)全體員工的積極性，使大家盡可能多地對(duì)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了解、熟悉和掌握。

在組態(tài)和驗(yàn)收中，要特別注意以下問題：

(1)在程序組態(tài)設(shè)計(jì)中，一定要采用保障機(jī)組安全運(yùn)行控制策略。保護(hù)或連鎖的邏輯判據(jù)必須是充要的。對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力等，宜采用硬接線保護(hù)和軟件保護(hù)相結(jié)合，建議采用常閉信號(hào)，以確保保護(hù)的可靠投入;對(duì)重要的三取二保護(hù)信號(hào)，要采用模擬量和開關(guān)量進(jìn)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(hào)，以避免保護(hù)的誤動(dòng)作。

(2)在控制系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、測(cè)試、驗(yàn)收、投入運(yùn)行和在線調(diào)整各階段，程序設(shè)計(jì)和測(cè)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(hù)控制邏輯設(shè)計(jì)和組態(tài)的合理性。測(cè)試中一定要全面測(cè)試所有的回路，要仔細(xì)記錄各次檢查和試驗(yàn)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(hù)和聯(lián)鎖，出了有通訊連接外，還必須具有硬接線方式;對(duì)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(shí)，仍可以對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行及時(shí)干預(yù)。

提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性對(duì)于電廠的運(yùn)行具有重要意義。電力工業(yè)對(duì)于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)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(duì)社會(huì)的生產(chǎn)和生活方面具有直接的影響。計(jì)算機(jī)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(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，就必須通過各項(xiàng)有效的措施來提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性