DCS控制系统可靠性提升的意义与措施

近年来，DCS控制在火电厂过程控制领域的应用水平得到了迅速提高，DCS作为单元机组控制 系统的核心，功能覆盖传统的DAS、MCS、FSSS、ECS、DEH、ETS等热工自动化系统。DCS对 火力发电厂的安全经济运行的影响日益增大，DCS的故障导致机组辅机跳闸、甚至机组非计划停运 事故的机率明显增加。

电厂提高DCS控制系统可靠性的意义

目前我国的计算机技术迅猛发展，其中尤其是计算机控制技术发展迅速，控制能力不断提高，被广泛应用于各个领域。电力工业对于促进我国经济的发展具有十分重要的作用，电力工业的发展状况对社会的生产和生活方面具有直接的影响。计算机控制技术也在这一行业有效的得以利用。其中DCS控制系统是电力行业控制技术的核心。要注意的是DCS控制系统是一种电子设备，会受到内部信号差以及外部环境恶劣的影响。

所以要提高DCS控制系统的可靠性，保证电厂的正常运作，否则会引发严重的事故，给社会生产生活带来巨大的损失。

电厂提高DCS控制系统可靠性的措施

在dcs系统中，采用了许多提高可靠性的技术措施。这些技术措施是建立在以下四种基本思想上的：

①使系统本身不易发生故障，即所谓的故障预防。

②在系统发生故障时尽可能减少故障所造成的影响，即所谓的故障保安和故障弱化。

③当系统发生故障时，能够让系统继续运行，即所谓的故障容错。

④当系统发生故障时，可以在不停止系统运行的情况下进行维修，即所谓的在线维修。

基于这四种基本思想，DCS系统中采用了各种各样的可靠性措施降低事故的发生及所造成的损失。

首先，提高DCS控制系统可靠性需要电厂对工作人员进行管理和培训。具体来说，包括两个方面。

第一，要对系统的操作人员进行培训工作。如果操作人员在进行DCS控制系统的操作时出现失误，会对DCS的硬件和软件的性能造成较大的影响，严重时会威胁到机组的运行安全，并间接的影响到经济的指标。因此，当管理人员进行DCS画面的制作工作时，不能单独行动，要积极的与运行人员进行技术上的交流，让运行人员充分的熟悉控制界面所有的操作流程。管理人员需要让运行人员充分熟悉完整的操作规程，在进行培训的过程中要着重进行突发事故的演练，使运行人员了解如何操作来处理突发事故。最重要的是管理人员在培训DCS控制系统的调试时要让运行人员全面的了解其流程和程序。

第二，要对热控人员进行培训工作。在应用DCS控制系统时需要广泛的知识，但是热控人员在短时间内是无法完全掌握其控制原理的。所以，要对热控人员进行培训。培训时要区分优先级，先对热控工程师进行重点的强化培训。使热控工程师能够独立完成以下工作，一是DCS控制系统以及网络通讯的建立工作，二是程序组态的设计工作，三是硬件的测试和验收工作。另外，如果在设备调试的过程中出现了某些问题的时候，要让热控工程师参与进来，利用相关资料来对出现的问题进行分析和解决。

其次，提高DCS控制系统可靠性需要把握好DCS控制系统的选型环节。在DCS控制系统的选型环节中，需要注意以下几个方面。

第一，如果几个类似的机组上有部分机组的控制系统运行良好，此时要优先考虑这些机组。不过仍然要注意了解其他电厂中DCS系统的运行状态，从而给选型招标时提供更多的参照。

第二，在进行DCS控制系统的选型时要保证所选系统的硬件可靠。具体来说，硬件需要是利用成熟的技术生产出来的，并且能够具备多方面的功能，比如热插拔功能。从DCS系统的软件来说，要保证DCS系统的运算和存储能力，尤其是要具有良好的抗干扰能力。

第三，从DCS控制系统的结构来看，DCS控制系统需要采用冗余技术来保证局部故障不会影响到机组整体的安全性和稳定性。

DCS系统现场设计的可靠性措施

DCS出现问题后，将会有无法操作、无法监视等造成设备失控的情况出现。轻者出现设备停运影响经济效益，重者危及人身和设备的安全。所以在设计中一定要根据现场的具体情况认真的考虑系统以下几点可靠性：

(1)电源系统

DCS系统的供电系统是其运行的基础，电源负荷不要超过60%，以免电源高负荷运行。同时要考虑用高品质的电源，一般采用ups电源，采用两台UPS互为备用最好，一台出现故障后备用机能够无扰切换，提高电源的可靠性。UPS输入电源不要采用电气的同一母线，要根据电气厂用接线取可靠性高的不同母线段电源，这样保证电气一段母线出现问题后不会影响DCS系统的电源。

DCS电源系统(UPS、电源柜等)在现场安装时要安装在满足无尘、无振动、防腐等要求的电子设备间内，同时安装完毕通电前把电缆孔封堵，以防泄漏蒸汽从电缆孔进入电源系统造成电源短路。在DCS电源上电后，要在UPS、电源柜等设备上挂“设备带电运行禁止操作”标识牌，更不准可以在DCS电源系统上接入与DCS系统无关的负载，如检修电源、检修照明、充电设备、空调等。

(2)冗余系统

现场考虑人们有必要对重要的I/O模块进行冗余，同时考虑操作员站的N:1冗余结构，这样避免由于卡件或操作员站出现硬件故障造成设备停运。

(3)采用后备措施

①手动后备

对于重要的控制回路，可以采用手动后备的方法来提高可靠性。一旦自动控制失灵，用手动操作站直接进行操作，在这种情况下，手动操作站直接输出4～20mA或1～5V的模拟量信号去控制执行机构或直接接地进行设备的操作，可以手动控制生产过程。

②自动后备

自动后备是采用冗余的方式设置另外一套或几套备用控制装置。当处于运行状态的自动控制装置发生故障时，备用控制装置自动投入，维持系统的自动控制。自动后备是冗余系统的一种形式，冗余有主控单元冗余、电源系统冗余、网络冗余、I/O模块冗余、操作员站冗余、服务器冗余等。运行设备出现故障时，热备设备会自动无扰的运行，同时不影响对故障设备的检修。

使系统故障时处于安全状态

DCS系统本身在工作中不断地进行在线故障检测，一旦发现故障，就将故障设备与系统隔离，使它不至于影响其他设备的正常运行。故障出现后同时会发出声光报警，维护人员根据报警的提示进行分析故障原因并尽快的处理故障，避免故障扩大。在处理过程中要做好现场的技术措施，不要轻易重启CPU，以免对设备造成扰动。

如果需要重启CPU，需要与操作人员配合做好预防措施，一般DCS在CPU复位时会对模拟量输出信号进行复位，这样可以对执行器和变频器采用手动切换控制方式，执行器也可以采用断电方式或将模拟量输出卡件拔掉方式(执行器具有断信号保持功能)，系统正常后将信号加到正常值后再给执行器上电和插卡件。但是一定要根据DCS本身的特点进行，有的设计中有开关量安全输出(开、关、保持等)，如果用户在组态时选的安全输出是开，那当重启CPU后开关量会发出开的指令。

第四，要维护好控制系统的软件。从几个方面来着手。

一是要保证程序和软件具有良好的稳定性，系统或者单个的控制器不会出现类似司机的故障。

二是系统能够具备自我诊断功能，如果控制器以及IO信号出现错误或故障能够进行自动报警。

三是人工操作方便，可以良好的进行程序的修改以及下载工作。

四是保证系统的备品具有较高的可靠性，方便采购，而且价格合理。

五是控制系统的功能要强大，内置的软件要保证安全性和可靠性，能够根据需要利用组态功能块轻易的实现。

六是对控制系统的投入要充分，保证能够最大程度的发挥DCS技术的优势。要保证充足的控制器的对数，能够合理的分配控制功能。要保证I/O模块数量的合理性，便于信号的有效分配。

再次，提高DCS控制系统可靠性需要做好提高电厂环境中DCS控制系统的抗干扰能力。要做好控制系统的安装工作。从系统的安装的角度来说，安装DCS控制系统时需要严格遵守相关的规定，尤其要注意安装改造过的DCS系统时需要把握好安装的标准，负责安装的施工单位要具备良好的资质和施工经验。当确定好系统的各个选项后，有关的技术人员要参与到设计工作中来，共同进行控制系统的设计、施工方案的制定以及技术方面的培训。要注意处理好控制系统的干扰因素，将干扰降到最低。要通过合理的手段来消除和抑制干扰源，保证DCS控制系统的正常运行。

电厂的管理人员可以建设各个机组专门的DCS的小间，这样能够有效的避免大功率设备对DCS控制系统的影响，另外，在排除干扰源时需要保证信号电缆和电源电缆不是平行进行敷设的。由于发电厂在现场进行工作时环境比较复杂，在电缆相对集中的区域，DCS控制系统的网络会受到这些电缆产生的电磁的干扰。

因此，要加强控制系统对这些影响的抵抗能力。在进行控制系统的检修工作之前，要勘察电缆的夹层，保证电缆尺寸的大小，避免小间内各个机柜之间的网络线没有进入到电缆的夹层当中。与DCS控制系统连接的网线不经过电缆的支架，保证网络的走向与大动力的电缆具有相当的距离，这样可以有效的减少干扰源对DCS控制系统的电磁干扰作用。另外，还要保证控制系统的所有接地点具有较强的牢固性，要对接地导线和接地点进行焊接工作，增强其牢固程度。

施工工艺和质量

对DCS控制系统的安装有严格规定，选择有良好资质和施工经验的施工单位尤其重要。控制系统选型一旦确定后，施工单位的技术人员要一同介入控制系统设计、出施工图、制定施工措施和进行技术培训等。工程开工前，必须根据工期要求，制定严格的进度计划，并要求施工单位组织好施工力量，拿出他们的施工方案。在DCS安装、调试中尤其注意以下问题：

(1)施工中要注意盘柜与地的可靠绝缘和盘柜母线的叮靠接地，同时对孔洞等必须做防火处理，盘柜等要有防振动措施。

(2)敷设电缆时尤其要注意强电弱电分开，屏蔽线的可靠接地和抗干扰。在布线过程中一定要按照设计图纸施_[，在接线中，电缆及芯线标记要清晰完整，能长期保持;压接端子必须用绝缘管预装端头处理。

(3)要严格控制电子设备问的环境条件，注意搞好消防、空调、通风及照明等工作。尤其要提的是通风和空调，由于DCS控制系统温度要求严格，所以应尽早将空调系统投入运行，空调的出风口不能正对机柜或DCS其他电子设备，以免冷凝水渗透到设备内造成危害;同时，电子卡件决不允许有粉尘进入，所以，要求电子间能一直保持环境清洁和滤网干净，注意除湿和调整好温度。

程序设计和调试验收

在程序设计和验收过程中，要充分调动全体员工的积极性，使大家尽可能多地对DCS控制系统进行了解、熟悉和掌握。

在组态和验收中，要特别注意以下问题：

(1)在程序组态设计中，一定要采用保障机组安全运行控制策略。保护或连锁的逻辑判据必须是充要的。对汽轮机转速、汽轮机润滑油压力等，宜采用硬接线保护和软件保护相结合，建议采用常闭信号，以确保保护的可靠投入;对重要的三取二保护信号，要采用模拟量和开关量进行组合，在保证重要主设备安全的前提下，建议尽可能采用常开信号，以避免保护的误动作。

(2)在控制系统选型、设计、测试、验收、投入运行和在线调整各阶段，程序设计和测试人员一定要全程参与，要结合类似控制系统使用中存在的问题，严格审核保护控制逻辑设计和组态的合理性。测试中一定要全面测试所有的回路，要仔细记录各次检查和试验结果，若发现与软件相关的问题要立即与供应商取得联系，并将情况完整地反馈给他们以尽快解决问题。

(3)要有必需的后备手段：重要的保护和联锁，出了有通讯连接外，还必须具有硬接线方式;对重要的调节设备，除了在操作员站上有软手操外，还必须有后备手操，以便在DCS控制器或I/O模件发生故障时，仍可以对重要设备进行及时干预。

提高DCS控制系统的可靠性对于电厂的运行具有重要意义。电力工业对于促进我国经济的发展具有十分重要的作用，电力工业的发展状况对社会的生产和生活方面具有直接的影响。计算机控制技术也在这一行业有效的得以利用，而其中的DCS控制系统是电力行业控制技术的核心。要保证电厂运行的稳定性和安全性，就必须通过各项有效的措施来提高DCS控制系统的可靠性。