1、提高 DCS 可靠性的工程设计策略海洋石油工程股份有限公司设计公司 天津 300459 【摘要】:在电力日益紧张的今天，如何提高设备可靠性愈来愈受到各个电厂的重视。本文作者根据自己长期工作的经验，简单介绍了 DCS集散控制系统，探讨了如何提高整个 DCS 控制系统可靠性的工程设计策略。 【关键词】：DCS；控制系统；可靠性 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 引言 随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，电力与国民经济的和人民生活质量有着密切的联系。由于电力生产的特殊性，提高电力可靠性已经成了一项社会性的工作。只有充分调动起管理人员的积极性和创造力，依靠技术的进步，有效调动全体员
2、工的能动性，才能把提高发电设备可靠性这项工作做得更细、更实，以取得良好的绩效。 一、DCS 集散控制系统简介 DCS 集散控制系统（Distributedcontrolsystem）是随着计算机技术、网络技术及各大工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而成的综合控制系统。它是在计算机技术、网络技术、自控技术和显示技术的基础上建立起来的，其主要特点是控制分散，集中管理。基本思想是：分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。 DCS 集散控制系统一般由五部份组成：（1）控制器；（2）I/O 板；（3）操作站；（4）通讯网络；（5）图形及编程软件。以下分别进行介绍： （1）控制
3、器。DCS 集散控制系统的控制器主要由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址设定开关等部件组成。Cpu 既中央处理器，主要功能有：程序控制、操作控制、时序控制、数据加工，是 DCS 控制器的大脑；ROM、RAM、E2PROM 三者都是内存，区别在功能上不同。ROM是只读内存，RAM 可随机读写，而串行 E2PROM 是可擦除可写入的存储器，三者视功能选择；地址设定开关有很多种，比如像光地址设定开关、无线遥控地址设定开关、流量设定开关等，视功能选择不同的地址开关。此外还有其他组件，在此就不介绍了。 （2）I/O 板。I/O 是 input/output 的缩写，即输入输出端口。I/O板有很多
4、通信端口，像我们常用的 RS485、RS232、RJ45、USB 等通信端口。每个设备都有一个专用的 I/O 地址，用来处理输入输出信息。I/O 板时是不可或缺的用来处理输入输出信息的功能模块。 （3）操作站。DCS 集散控制系统的操作站位于控制站的上层，通过数据通信与下位机各站点交换信息。操作站的人机界面都配有全局图画和局部画面。它便于工作人员对生产过程从全局到局部的集中监控和操作。根据用户的设计需求来设计方便工作人员管理的流程图。 （4）通讯网络。DCS 系统的通讯网络是建立在计算机技术和和网络通讯技术的基础之上的，是 DCS 集散控制系统的重要支柱。DCS 网络以网络节点为最小单位，源节
5、点对数据进行编码，通过传输介质（像光纤、双绞线的通讯电缆）传输到目标节点。因此传输介质、通讯协议和网络结构三者对 DCS 通讯网络的构成起主导作用。 （5）图形及编程软件。DCS 传统的上位机控制界面系统一般都是用图形化编程软件来实现的，每种编程软件都有自己的功能模块和图库，我厂主要用 FIX7.0 来对工艺流程来进行编程组态。使用哪种编程软件那就要看施工方的资质了。 二、提高 DCS 可靠性的措施 1、可靠性设计的准则 可靠性设计是完全新型的一种设计。它用于实现设计质量,即可靠性、性能、效率、安全、经济等项指标的设计。采用了可靠性设计,就可以设计出使用过程中不易发生故障或即使发生故障也易修复
6、的产品。可靠性设计一般遵循下列准则: (1)采用标准产品； (2)减少零件件数,特别是故障率高的零件数； (3)充分地利用以前的经验； (4)零件互换性好； (5)检查、调试和互换容易实现； (6)可靠性特殊设计方法,例如可靠度合理分配、极安全设计、冗余和容错设计、安全装置设计等。 2、提高 DCS 可靠性的措施 (1)选择高可靠性的 DCS 在选择 DCS 时,尽量选择抗干扰能力较高的产品,尤其是抗外部干扰的能力,如隔离性能较好的 DCS 系统；同时还应掌握生产厂家提供的抗干扰指标,如差模抑制比要大于 60 Db，共模抑制比要大于 100Db。如果在大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作时
7、,选择 DCS 还要考虑信号的隔离。制造厂应考虑 DCSI/O 卡抗干扰性能和系统内部电磁兼容(EMC)性,工程设计仪表选型时要选择技术成熟的 DCS 系统,此外还要考查其在类似工作中的实绩。DCS 应具备自诊断和自启动的功能，当设备在发生故障后,需要恢复到正常工况,系统要具有自我诊断和故障发生后的再启动功能以及系统故障报警功能。 (2)冗余设计 冗余设计是从整个系统的角度出发进行可靠性分析和设计, 是系统可靠性设计的重要技术手段。承认系统各单元发生故障的可能性就是冗余设计的思想,然后在关键的技术节点,例如电源、数据通信网络、控制主机、I/O 模块以及布线等, 适当的增加冗余单元,确保其冗余单
8、元在某个单元发生故障时接替其工作,原单元修复后再恢复出错前的状态,保证即使某单元发生故障,系统仍可以获得较好的控制效果。在 DCS 重要设备和对全系统有影响的公共设备上常采用冗余结构可以有效的提高系统的稳定性。应权衡比较对冗余增加的投资和系统故障停工造成的损失,考虑合适的冗余结构方式。 供电系统冗余:采用独立的双回路电源,配置 UPS,控制站、操作站和 24VDC 都提供同步运转的冗余电源。 通信系统冗余:采用独立同步运转的通信网络； 操作站冗余:采用星形网络上配置多个操作站,在操作站配置时,至少要配置两台操作站,提高系统运行的可靠性,这些操作站可以分别独立进行操作,又具有均衡补偿功能,每一个
9、操作站都可以对整个系统状况进行监视和操作。 系统输入输出信号的插卡部件的待机运转式冗余。 (3)抗干扰设计 在 DCS 控制系统中,结合具体的工程项目,在工程设计、安装施工和运行维护中全方位考虑 DCS 系统外部的干扰抑制措施。对系统和外引线进行屏蔽、滤波、隔离、通讯及接地等处理，提高系统的综合抗干扰能力,从而确保整个控制系统的可靠性。为了防止大电流、高电压、大功率等强电或长传输线上产生的各种干扰信号进入系统的内部,要在信息的传输路径上进行电气隔离,让隔离前后两部分线路之间没有电气连接,在电气上采用两个相互独立的系统,仅靠光、磁等非电方式来传递信息,避免强感应电压窜入 DCSI/O 卡。 (4
10、)组态软件 加强 DCS 系统的硬件可靠性设计的同时,还需要使现场软件的生成过程简单化、标准化和结构化,克服人为因素对系统可靠性的影响。 标准化 采用标准化的软件能够提高软件运行的可靠性,可以迅速排除硬件设计的故障。 分散结构设计 把整体的软件设计分散成各子系统的设计,各自独立,共享资源,这样不仅有利于设计工作的开展,同时也有利于软件的调试。 控制输出的智能化处理 过对控制作用智能化处理,能够消除或减弱系统一些参数的变化对系统工作可靠性的影响。 结束语 DCS 控制系统在发电厂的广泛应用使得现代电厂的自动化水平跃上了新的台阶。在工业实践中，控制系统出现问题是正常的，但工程技术人员有责任和义务使控制系统尽可能少地出现严重影响安全的问题。对于控制系统多次出现的问题，要多分析，勤总结，寻找问题的共性，并有针对性地采取措施进行改进，使 DCS 控制系统能更好地为安全经济的电力生产服好务。 参考文献： 1陈代华.HSJ 电厂组织变革研究D.昆明理工大学，2011（11）. 2赵青.抽水蓄能电厂运行绩效管理研究D.天津大学，2010（10）.
