摘要：我国电厂运行中，采用了DCS控制，在分散控制的基础上，完善电厂的运行环境。DCS控制系统，在电厂中发挥着重要的作用，随着现代电厂的发展，DCS控制在可靠性方面，提出了较高的要求，目的是确保DCS控制系统，能够符合电厂的基本需求。文章主要围绕DCS控制系统，分析怎样提高此系统的可靠性。
关键词：电厂；DCS控制系统；可靠性
我国的大部分电厂使用的控制系统就是分散控制系统，即DCS控制系统，对这种系统投入使用，能够有效地保证电力生产的各个环节的安全性，还能使电厂的经济系统正常运转，其在电厂中发挥的作用是多方面的，由于其先进的分层以及分级管理的运行模式，导致其对抗干扰性能以及可靠性能有着极其高的要求，通过在电厂中使用DCS控制系统的实际经验，分析如何保证这个控制系统保持极强的抗干扰性以及可靠性，希望能够给广大电力行业中的同行提供参考。
一、电厂DCS控制系统可靠性的影响因素
电厂DCS控制系统在可靠性方面，受到一定程度的干扰，影响了DCS控制系统的具体应用。分析DCS控制系统可靠性在电厂中的影响因素，如：（1）自然环境，电厂DCS控制系统运行时，外部自然环境的湿度、温度、雷击以及降水，都会在系统内引起干扰波动，不利于DCS控制系统的稳定性，降低了DCS在电厂中的可靠性；（2）工作环境，DCS控制系统在电厂中的工作环境，直接影响了系统的工作状态，工作时，受到静电、电磁场以及电波的干扰，干预了DCS控制系统的准确性，工作环境的干扰，实际属于DCS控制系的内部干扰，其会破坏DCS的安全状态，干预电位差，诱发振荡、振动的问题，降低了DCS控制系统内各项设备的性能，引起了可靠性方面的问题。
二、电厂DCS系统分析
（一）DCS系统结构
分布式控制系统（DCS）是用于过程或工厂的计算机化控制系统，其中自主控制器分布在整个系统中，由中央操作者监督控制。这与使用集中式控制器的非分布式控制系统相反，非分布式控制系统的核心是位于中央控制室或中央计算机内的离散控制器。DCS通过直接控制工厂的生产功能提高了可靠性并降低了安装成本，而且能够进行远程监控生产过程。分布式控制系统首先出现在大型，高价值、安全很关键的过程工业系统中，DCS制造商提供本地控制级别和中央监控设备作为集成封装系统，从而降低设计集成风险。SCADA和DCS系统的功能非常相似，但DCS倾向于在大型连续过程工厂中使用，其中高可靠性和安全性是重要的，并且控制室在地理上并不遥远。DCS的关键属性在于系统中的节点周围的控制处理的分布的可靠性，这减轻了单个处理器故障。如果处理器出现故障，它只会影响工厂过程的一个部分，而不是影响整个过程的中央计算机的故障。这种局部于现场输入/输出（I/O）连接的计算能力分配，还通过了消除可能的网络和中央处理延迟来确保有着快速的控制器处理时间。DCS系统主要有五级结构：①0级包含现场设备，如流量和温度传感器，以及最终控制元件如控制阀；②1级包含工业化输入/输出（I/O）模块及其相关的分布式电子处理器；③2级包含监控计算机，从系统上的处理器节点收集信息，并提供操作员控制屏幕；④3级是生产控制级别，不直接控制过程，而是关心监控生产和监控目标；④4级是生产调度级别。级别1和级别2是传统DCS的功能级别，其中所有设备都是来自单个制造商的集成系统的一部分。级别3和4不是传统意义上的严格过程控制，而是在生产控制和调度的地方。
（二）DCS系统功能特性
处理器的节点和图形显示通过专用工业标准网络连接，并且通过在多种路由上的双冗余布线来增加网络可靠性。这种分布式拓扑还通过将I/O模块及其相关处理器放置在工厂附近来减少现场布线的数量。处理器从输入模块接收信息，处理信息并决定由输出模块发信号通知的控制动作，输入和输出可以是模拟信号，如“继电器触点”或“半导体开关”。DCS连接到传感器和执行器，并使用设定点控制来控制通过工厂的物料流。典型的应用是由流量计馈送并使用控制阀作为最终控制元件的PID控制器。DCS将过程所需的设定值发送到控制器，其指示阀操作，使得过程达到并保持在期望的设定点。大型电厂有几万个I/O点，实现热力系统和辅助生产系统的集中监控自动化。热力发电厂主要是由锅炉、汽机等热力设备、电气部分和外围辅助系统所组成的一个非常复杂的整体。随着我国环境保护的快速发展，除了热力系统，脱硫脱硝化水等辅助生产系统的设备也越来越复杂。从某种意义上讲，一体化集中监控更容易发生故障和事故，控制系统的可靠性愈发重要。目前普遍选用可以具有热切换故障的双冗余处理器，以增强控制系统的可靠性。虽然4-20mA是主要的现场信号标准，但现代DCS系统还可以支持现场总线数字协议，如Profibus、HART、Modbus、PCLink等以及其他数字通信协议如modbus。现代DCS还支持神经网络和模糊逻辑应用。最近的研究集中在最优分布式控制器的合成，它优化了一定很多现场传输方案。
（三）DCS系统的应用
Microsoft在桌面和服务器层的引入导致了诸如用于过程控制（OPC）的 OLE 的技术的发展，其现在是事实上的工业连接标准。互联网技术也开始在自动化和 DCS世界中烙印，大多数 DCS HMI支持互联网连接。这个时代也被称为“现场总线大战”，其中竞争组织竞争定义将成为现场仪表而不是4-20m A 模拟通信的数字通信的 IEC现场总线标准。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现场总线技术已被用于将机器，驱动器，质量和状态监测应用程序集成到一个带有Valmet DNA 系统的 DCS。电厂DCS的影响在硬件层最明显。DCS的初始扩散需要安装大量的这种硬件，其大部分由DCS供应商从下到上制造。然而，来自诸如英特尔和摩托罗拉等制造商的标准计算机组件使DCS供应商继续制造其自己的组件，工作站和网络硬件成本过高。以前在PLC业务中较强的一些供应商，例如罗克韦尔自动化和西门子，能够利用制造控制硬件方面的专业知识进入DCS市场，提供具有成本效益的产品，而这些新兴产品的稳定性、可扩展性、可靠性和功能系统仍在改进。传统的DCS供应商推出了基于最新通信和IEC标准的新一代DCS系统，这产生了将PLC和DCS的传统概念/功能结合到所有解决方案命名为过程自动化系统的趋势。各种系统之间的差距仍然存在于诸如以下领域：数据库完整性，预工程功能，系统成熟度，通信透明度和可靠性。
三、电厂DCS控制系统可靠性提高的方法
（一）优化系统选型
DCS控制系统的选型，要符合电厂的实际情况，选择比较可靠的型号。DCS控制系统在电厂内，为了提升可靠性，在系统选型上，提出几点建议，如：（1）电厂运行中，比对安装的DCS控制系统，以运行优质的系统为先，改进其他运行稍差的系统；（2）DCS控制系统中的元件、配置，都要采用成熟的工艺，合理控制各项元件，促使系统具备抗干扰的性能，预防外界干扰；（3）系统内，配置冗余技术，通过冗余技术，容纳DCS控制系统内的故障，防止故障有扩大的趋势，进而预防系统故障；（4）DCS控制系统内选择的软件，要具备可靠性的特征，利用软件，为系统提供自动报警、人机交换界面、运行功能等，促使DCS控制系统，能够满足电厂的运行需求，体现选型方面的可靠性；（5）DCS控制系统在选型方面，根据可靠性要求，优化配置I/O模块，促使I/O模块，流畅的分配通道中的信号，预防信号堵塞，规范I/O模块的分配余量，体现可靠性的运行特征。
（二）规范安装调试
电厂在怎样提高DCS控制系统可靠性方面，强化安装调试的规范性控制，遵循系统规定，落实准确的安装和调试方法。安装时，技术人员要结合电厂的实际情况，合理分配安装图纸中的内容，制定进度计划，根据进度计划，落实DCS的安装。安装调试时，首先要规范DCS控制系统的接地，保障接地的可靠性，为系统的运行，提供安全的环境，配合电厂环境，采取防火设计，预防火灾；然后是规范DCS控制系统内的电缆敷设工作，区分强电、弱电系统，选择的屏蔽线，要具有抗干扰的特征，按照设计图纸，规范DCS控制系统的接线；然后把控DCS控制系统内，各种电子设备的安装环境，注重现场的通风、散热，完善消防设施，结合电厂的要求，调试DCS控制系统的运行，落实现场环境的清洁工作，由于DCS控制系统对环境湿度、温度的要求高，因此在DCS控制系统安装调试阶段，还要注意调整环境的温度和湿度，确保环境符合DCS控制系统的运行需求。
（三）完善程序设计
电厂DCS控制系统可靠性中，程序设计是一类重点内容。DCS控制系统的程序设计，采用必要的控制方法，确保DCS控制系统的安全性和稳定性。DCS控制系统在可靠性建设中，完善程序设计，设计准确的联锁逻辑判断依据，评估控制系统的运行状态。例如：DCS控制系统在电厂的汽轮机控制方面，要深化润滑油压力和汽轮机转速两点因素，配合好系统内的硬件与软件，同时围绕硬件和软件，进行结合式的保护，提高DCS控制系统的运行可靠性。DCS程序设计中，不仅要采取完善的措施，还要落实调试验收，依照电厂的实际情况，组合好模拟量与开关量，保护好DCS控制系统的运行。DCS控制系统的程序中，为了实现可靠性设计，基本选择常开信号，预防发生误动的情况。在提高可靠性的方面，测试人员和程序设计人员，相互配合，共同参加DCS控制系统的选型、测试等，采用在线调整的方法，解决DCS控制系统中出现的问题，审核系统内的逻辑关系，还要采取全面测试的方法，检查并记录好DCS控制系统程序在电厂运行中的状态，及时发现系统运行中的缺陷问题，以免影响DCS控制系统内软件、硬件的性能。
（四）强化人员技能
人员技能，关系到DCS控制系统的可靠性，电厂必须强化人员的技能，避免在DCS控制系统操作中，发生失控或失误的情况。DCS控制系统的相关人员有两类，分别是操作人员和热控人员，基于可靠性的角度上，分析强化人员技能的方法，如：（1）操作人员在控制DCS系统时，要经过多方考虑，规范DCS控制系统的界面，促使每个工作人员，都能熟悉的掌握界面的操作方法，培训DCS控制系统的应用，同期开展调试工作，完善DCS控制系统的操作过程；（2）热控人员方面，围绕DCS控制系统的运行、使用和调试，组织培训学习工作，促使DCS控制系统的相关内容，能够渗透到热控人员群体中，热控人员在组织培训中，逐渐接受系统的操作方法，加强热控人员在电厂DCS控制系统中的规范性，保障人员技能方面的可靠性。
电厂DCS控制系统，其对运行可靠性比较重视，了解现行DCS控制系统在电厂中的可靠性状态，掌握影响系统可靠性的因素，在此基础上，落实提高可靠性的方法，推进电厂DCS控制系统的发展，注重提高系统的可靠性，为电厂运行，提供自动化的基础条件，进而完善电厂运行的环境。
参考文献：
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[3]魏云，许敏.电厂DCS控制系统的可靠性和抗干扰性探讨[J].中国新技术新产品，2015，（02）
论文作者:唐佩娟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/30
标签：控制系统论文; 电厂论文; 可靠性论文; 系统论文; 人员论文; 环境论文; 分布式论文; 《电力设备》2017年第26期论文;