田晓男
（神华国华九江发电有限责任公司）
摘 要：DCS控制系统是电厂的大脑中枢，重中之重。由于DCS控制系统故障引起的跳机事件时有发生，因此如何提高DCS控制系统可靠性，俨然成了一个重要的课题。下面就针对DCS的使用现状，对如何提高DCS系统控制系统的可靠性进行探讨研究。
关键字：热控系统；DCS；可靠性；研究
Abstract: DCS control system is the brain center power plant, a top priority. Because DCS control system failure caused by a trip event has occurred, and therefore how to improve the reliability of DCS control system, it seems to have become an important issue. Here's the status quo use of DCS, DCS system on how to improve the reliability of the control system were discussed research.
Keywords: thermal control system; DCS; reliability; research
DCS简介
分散控制系统（Distributed Control System）是以微处理器及微型计算机为基础，融会计算机技术、数据通信技术、CRT或LCD屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统，它对生产过程进行集中操作管理和分散控制。
1.1DCS控制思想
分散控制系统，利用4C技术组成的控制系统，将工业生产等进行集中控制，分散处理。
DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其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。）
1.2安全构造
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。
DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成，所以控制程序是由过程控制站执行。 过程控制站的组成：DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。
1.3国内外应用
1975 年美国最大的仪表控制公司Honeywell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ,这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。
DCS控制系统出厂验收
2.1 厂家学习培训
DCS招标之后，实习人员就要到DCS厂家学习培训。培训所学内容是DCS的精髓，也是立足与DCS日常维护，稳定运行之根本。必须掌握以下知识点：
DCS控制系统供电方式；DCS控制系统网络机构；DCS控制系统控制方式；DCS控制系统上位机软、硬件组装；DCS控制系统I/O通道分布；DCS软件熟练操作；熟知DCS控制逻辑；DCS逻辑编辑、修改、下装；DCS控制系统各种模件的在线更换措施；DCS网络异常的故障处理及安全措施；DCS切换试验（CPU、通讯模件、电源、服务器）；DCS控制系统（接地、通道、CPU负荷率、通讯负荷率、电脑负荷率、响应时间等）；DCS控制系统历史数据导出；DCS控制系统逻辑备份；DCS控制系统上位机（操作员站、工程师站、服务器）硬盘备份
2.2 出厂前验收内容及标准
2.2.1 验收依据和标准
DCS系统出厂验收时应依据以下文件：
1）国家法律、法规及强制性标准、条文等；2）工程DCS 系统合同书（包含本工程DCS 系统技术协议书）；3）工程DCS 联络会议纪要及相关工程文件；4）工程DCS 配置清单
2.2.2 验收项目
出厂验收应包括以下内容：
1）文档资料检查
2）系统软硬件配置检查
操作员站检查；工程师站检查；历史站检查；服务器（交换机）检查；系统实际测点数检查；机柜I/O 余量检查；外观与结构检查；系统安全性能测试；机柜内接地检查；机柜内绝缘检查；电源冗余、供电容错检查；控制器冗余检查；网络冗余检查；服务器冗余；操作员站冗余检查；模件插拔试验；抗射频干扰；I/O点、组态逻辑分配检查；数据采集功能测试；I/O 通道精度检查；系统实时性检查；控制器处理周期检查；系统操作响应时间；输入参数真实性判断；报警设定点动作差和恢复差；输入参数二次计算功能；记录、报表、打印功能；SOE 记录和事故追忆；历史数据存储和检索功能。；GPS 时钟校时功能测试操作员站功能测试；系统在线下装功能测试；逻辑功能检查测试；继电器跳闸柜功能测试；系统储备容量(负荷率)的测试；系统稳定性考核试验。
2.2.3 验收报告
各项测试结束后，汇编测试记录，提交测试报告，经测试方、DCS供货商双方认可、签字后存档备查。其中：各单项测试签单由双方具体测试工作人员签字，其DCS测试总表，必须有测试方、DCS供货商双方的项目负责人签字。
在进行测试验收及表格、报告汇编过程中，各参数的计量单位应符合法定计量单位的要求。
DCS控制系统安装
3.1 电缆敷设
1）模拟量信号必须采用屏蔽电缆，不同类型的信号应该采用不同的电缆输送，不得在同一根电缆内连接动力电源信号和热控控制信号。
2）信号电缆和动力电缆要分层敷设，其间距应大于200mm，同时尽量避免信号电缆和动力电缆过多靠近平行敷设，减少电磁干扰。
3）计算机及通讯电缆必须采用专用电缆。
3.2 接地系统安装
1）在DCS系统盘柜下安装一块钻孔铜排，作为该盘柜唯一接地点。各盘柜用绝缘电缆一同接至汇流接地铜排。
2）DCS系统盘柜安装时表盘底座必须保证盘柜与底座的绝缘，即对坚固连接采取绝缘设施，盘柜外壳保证只能有一点连接钻孔铜排。
3）对屏蔽电缆，接地原则是确保单点接地，浮空侧电缆屏蔽层做好绝缘处理。电缆在现场接地则DCS控制柜侧电缆浮空；若电缆在现场屏蔽层浮空，则需在DCS控制柜侧接地。
4）DCS接地符合制造厂的技术条件和有关技术标准。DCS采用独立接地网时，其接地极与电厂电气接地网直接保持大于10米的距离，且接地电阻不大于2Ω。DCS于电气网公用一个接地网时，只允许有一个接地点，且接地电阻不大于0.5Ω。
3.3 DCS电子间
1）DCS是典型的电子设备，电磁环境直接影响其运行稳定性。因此，应尽最大可能保证电子间的环境，确保满足标准要求。
2）380V以上动力电缆和大电磁干扰设备以及无线通讯设备都是电磁干扰源，对DCS运行影响较大，应避免干扰源出现在电子间。
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DCS机柜间的空气质量、温度、湿度应符合《热工自动化设备检修规程》（DL/T 774-2004）的要求，保证热工控制设备在良好的环境条件下运行。
DCS控制系统调试
4.1 单体调试
模拟量输入
保证画面上所有模拟量测点显示都是真实有效的实时值，且就地设备和画面测点一一对应。重要测点需要在就地加信号，在画面上检查其准确度、线性度、分辨率、采样周期及报警功能等项目。
模拟量输出
画面输入开度指令，就地调节设备能够快速的动作，开度值和画面输入值一致。
开关量
设备用短接线短接闭合触点，输入卡上对应的指示灯应点亮，CRT显示其逻辑信号应翻转画面上。如果带有报警的开关量，条件触发后画面有声光报警。
开关量输出
画面操作设备，检查输出卡上对应的指示灯应点亮，对应的输出继电器应动作。就地相对应的设备启停正常。
4.2 联锁/程控回路系统调试
逻辑审核，确保所有设备的控制逻辑符合现场工艺要求和安全、健康、环保要求。
采用就地加信号原则，模拟工况的改变，触发逻辑联锁保护动作正常
保护传动项目
机组重要辅机保护传动；机组MFT保护传动；机组ETS保护传动；机组机炉电大联锁保护传动。 以上保护联锁传动项目保证动作正确，机组运行后保护投入率达到100%。
4.3自动调节回路系统测试
在测量、控制回路全部正确的情况下，对调节系统的参数进行整定。先在静态条件下开环控制，闭环时采用扰动模拟测试，对参数进行整定，直至高品质的满足工艺控制要求。机组运行后自动投入率达到100%
4.4 在线试验
机组并网后必须做以下试验
机组ETS在线试验；机组RB试验；机组负荷扰动试验；DCS控制系统切换试验； 电源切换试验；CPU冗余切换试验；通讯模件冗余切换试验；通讯网络冗余切换试验；服务器冗余切换试验。以上试验必须是高标准、高品质的完成要求。
DCS控制系统运行、维护关键点控制
DCS控制系统在日常的运行、维护应把控好以下几点，才能保证设备长周期的安全稳定运行。
5.1 DCS系统工程师、电子间站管理
工程师站、电子间保持恒温恒湿，温度应控制在10℃—30℃；湿度应控制在30%—70%，无结露现象；工程师站、电子间严禁随意拉接电源，更不得将不间断工作电源（UPS）接做其它用途；进（出）工程师站、电子间必须刷卡，多人同时进（出）应分别刷卡，进（出）后应及时关门；热控人员进入工程师站所进行的各种操作均应在《工程师站软件修改记录本》上记录并签名；任何人员不得擅自带入任何可移动存储器在工程师室内的机器上进行操作，严禁使用外来软件，包括磁盘、磁带、光盘等，防止计算机病毒侵入DCS系统；DCS系统的维护工作，必须按操作权限进行，只有相应权限的人才能进行相应的操作，一律不准越权操作；为了保证工程师站记录数据的安全可靠，禁止任何人随意在工程师站查看逻辑组态、事故追忆等。非专业人员不得在工程师站进行任何操作。
人员全部离去时必须将工程师站的门窗锁好。
5.2 DCS系统软件管理
热控专业系统软件（主要指操作系统、DCS专用软件、厂家提供的补丁程序）由系统管理员集中保管，如果该软件是可复制的，每次检修制作一次备份；如果该软件能够制成光盘，应至少保存一份光盘备份，重要的软件需要制作至少两份备份，分开存放进行管理。
机组168试运前及168试运结束后必须进行所有的软件备份以及整机硬盘备份。
从DCS系统调试开始，建立DCS系统软件的工作档案，记录系统软件的使用情况、修改情况和异常情况，并对故障处理进行详细记录，收集并保留修改前后的第一手资料（主要是逻辑图、修改原因等等）。
热控应用软件的修改分为在线参数修改、逻辑下装、信号强制、逻辑修改、画面修改。对上述参数的修改应有相应的修改通知单（工程联系单），热控人员应做好修改记录。
对于DCS系统的逻辑修改、在线下装工作必须严格按照一人操作、一人监护的工作制度，确保修改工作的正确性。修改后的设备投入使用前，必须进行试验，试验合格后方可投运。
所有硬件检修、软件修改工作必须按程序办理手续，得到主管以上批准时方可进行，工作时必须有人监护。
进入组态的密码由热控主管授予专人权限资格，被授予人不能将密码随意告知他人，否则，严肃追究其相应责任。工作人员更改组态或在工程师站上进行其他工作，必须两人以上方可工作，并做好相应记录及汇报工作。
5.3 保护投退管理
热工班组要做好热控保护报警的定值管理和定期试验工作，无论机组停运或者在运行，热控保护报警逻辑以及定值的变更要严格按有关规定实施。发电机组正常运行时，主辅设备的保护应100%投入，任何人不得擅自退出机组保护或改动保护定值。热工DCS系统管理人员在所有保护试验完成后和机组启动前，需要对DCS系统强制点进行恢复，对不能恢复的点进行统计并做好记录。发电机组运行中因主辅设备检修、系统退出备用、保护装置检修等原因，需临时退出保护，需由热控人员根据工作票要求，填写《联锁、保护投退申请单》说明原因及保护退出或投入的时间，并履行审批手续。《联锁、保护投退申请单》需经过运行部门、生产技术部门、总工程师的审核、签字确认，由热控人员负责实施，并留有修改记录。批准后的联锁、保护投退工作，需与运行及时沟通。实施前实施人要填写信号强制表，在监护人的监护下实施。实施完成后，热控人员要将《联锁、保护投退申请单》存档。
5.4 DCS系统在线故障处理措施
DCS控制系统在机组运行中，难免会出现故障甚至失灵。如何快速上手处理故障，使DCS控制系统恢复正常运行尤为重要。因此，我们需要在日常运行过程中，结合厂家经验和积累自己维护经验编制一些故障处理措施和应急预案。例如：
控制器故障在线处理措施（DCS调试结束、机组整套启动前）；通讯模件故障在线处理措施（DCS调试结束、机组整套启动前）；服务器故障在线处理措施（DCS调试结束、机组整套启动前）；网络模块故障在线处理措施（DCS调试结束、机组整套启动前）；电源系统故障在线处理措施（DCS调试结束、机组整套启动前）；DCS操作员站故障应急预案（DCS调试结束、机组整套启动前）；DCS控制柜电源失去应急预案（DCS调试结束、机组整套启动前）；DCS控制网一侧网络中断应急预案（DCS调试结束、机组整套启动前）。
DCS控制系统检修管控点
DCS控制系统长时间运行，会形成一定的故障隐患，具体表现为：
控制器会产生一定的误差积累，影响到控制器的负荷率和扫描周期。
由于控制室通风、静电、温度及湿度等环境因素的影响，会积累一些灰尘。造成系统短路、产生静电，损坏电子元器件造成服务器、上位机、卡件过热等不良现象。
部分卡件的接线端子有可能松动，从而导致信号输入输出不稳定，影响正常生产，甚至因增大接触电阻，影响设备使用寿命。
卡件的老化，导致精度降低，影响设备参数有效性。
人机接口松动，导致通讯中断，画面失去监视。
一些控制逻辑的修改后，没有备份。
因此，每次机组大、小修，DCS控制系统都要做一些检查、优化措施。这些措施必须按照厂家给出的标准和DCS检修规程严格执行。例如：
系统冗余试验；计算机软硬件检查；CPU电池更换；系统完全备份；卫生清扫；端子排检查，端子接线紧固；计算机清灰；UPS电源电池更换；控制逻辑修改；控制器代码清空和离线下装代码；模件精度测试。
结束语
综上所述，DCS控制系统是电厂的大脑，是集控中心，对生产的稳定运行起到至关重要的作用。只有从组态学习开始、到出厂验收、安装、调试、日常维护、检修层层把控，才能从根本上高效的提高DCS控制系统可靠性。
参考文献：
[1]DL_T_5190~5-2004电力建设施工及验收技术规范-热工自动化.
[2]DLT 659-2006 火力发电厂分散控制系统验收测试规程.
[3]DLT 1056-2007-发电厂热工仪表及控制系统技术监督导则.
论文作者:田晓男
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：控制系统论文; 系统论文; 机组论文; 在线论文; 电缆论文; 逻辑论文; 测试论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;