(神华国能天津大港发电厂有限公司 天津市 300272)
摘要:DCS系统在电厂中已经得到广泛的应用，其可靠性、抗干扰性能如何直接影响到电厂的安全生产和运行，提高DCS系统的稳定性日益受到工程设计人员和电厂维护人员的关注。文章对各种干扰源的产生、传播及对设备的影响等方面进行了简单的研究分析，并对如何抗干扰、提高DCS系统可靠性两个方面分别提出了几点措施，以提高DCS控制系统的
关键词:提高；DCS；可靠性
前言DCS(分散控制系统)是采用计算机技术、通讯技术和屏幕显示技术，实现对生产过程的数据采集、控制和保护功能，利用通讯技术实现数据共享的多计算机监控系统，具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示集中操作、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等诸多特点。随着电厂自动化水平的不断提高，DCS
是一种标准模式，其功能也不仅仅局限于热力系统、控制及联锁保护等，发电机-变压器组、厂用电系统乃至自动同期、励磁等指标，以及可靠性要求很高的专用设备，也开始用DCS实现其功能。可以说DCS是发电机组名副其实的中枢神经，其安全、可靠与否对机组安全稳定运行至关重要，若发生问题将有可能造成机组设备的严重损坏甚至人身安全事故，因此有必要在DCS系统选型、设计、施工、调试、维护等不同阶段入手，采取有效手段提高DCS控制系统的整体可靠性。
1.系统选型及配置
不论在新建机组还是老机组进行的控制系统改造，均面临着如何选择性价比高的控制系统的问题。在此，我们姑且撇开价格，仅从提高可靠性的角度来衡量，在DCS选型上应注意以下问题：(1)优先考虑在类似机组上良好运行业绩的控制系统，这样的成套控制系统通过了工厂试验和实际投运，其可靠性得到时间的检验。同时要尽可能多地了解不同DCS在其他厂的使用情况，尤其是主要技术指标和出现的重大问题，以便在招标中进行比对和取舍。(2)控制系统的硬件一定要具有高可靠性，在电子元器件上的生产工艺、选型等各环节上采用成熟技术，模件卡板要具备热拔插功能。DPU的响应、运算、存储能力要足够，Ｉ/Ｏ卡件要具有很强的隔离和抗干扰能力。(3)控制系统从结构上要充分地采用冗余技术。对于控制系统的DPU、网络通讯卡必须冗余，且冗余设备之间必须实现无扰切换和热备。采用冗余结构不仅能避免控制系统的局部故障扩大，保证机组安全稳定运行，同时也保证设备故障的在线排除。（4）DCS工程师站逻辑编辑软件应具备在线下装、在线修改等功能。主干网络采用光纤冗余容错虚拟环网，Ａ网和Ｂ网。Ａ、Ｂ网的网络设备，包括交换机、光端机以及他们的电源模块，都要做到冗余、分散，使得对设备稳定性带来的问题减到最小。另外，在DCS控制系统选型时，还要充分考虑以下几方面：DPU对数不能太低，以便真正实现控中，亦可确保各Ｉ/Ｏ卡件的冗余量，一般在设计时需要对I/O点预留10%~15%的余量；合理分配保护信号接线，参与机组或设备保护的测点应该冗余、分散配置，比如送引风机、给水泵等重要辅机，应根据系统布局、设备配置将关联信号分别布置在不同的DPU内；没有办法只能布置在同一DPU内的，要分成两个卡箱布置，通过不同的冗余DPU进行控制。
2.系统抗干扰措施
2.1隔离
①电源隔离。为了防止供电线路上引入共模高频干扰型号，可以在供电线路上设隔离变压器进行干扰隔离。②信号电缆的隔离。强、弱信号不应使用同一根电缆，信号电缆应尽可能避开电力电缆，避免与电力电缆平行布设。
2.2屏蔽
屏蔽可以分为电场屏蔽和磁场屏蔽。它的目的有两个：一是抑制干扰源，不使其越出某一区域;二是可以防止外来的辐射进入，保护易受干扰的通道。在实际工作中，敷设电源线、信号线时，应分别用对地屏蔽的钢制导管穿线。220Ｖ交流电源线、信号线在电缆槽敷设时，中间应加金属隔板隔开。大量试验表明，钢制导管、钢制电缆槽既有静电屏蔽能力，又有电磁屏蔽能力，其抗干扰效果很明显。在选择和使用电缆方面也大有学问，不同电压等级的电源电缆(如220Ｖ交流电缆、24Ｖ直流电缆)、开关量信号电缆、模拟信号电缆，它们各自抗干扰屏蔽能力是不同的。
2.3接地
合理准确的接地是保证DCS系统运行安全可靠、系统网络通信畅通的重要前提。而错误的接地反而会引入干扰，严重时甚至会导致DCS系统无法正常工作。因此接地问题不仅在系统设计时要周密考虑，在工程安装投运时也必须以最合理的方式加以实现。下面是DCS系统接地的常见措施。①采用统一的接地网，所有接地点应与接地网牢固连接，且应尽量减少接地点与接地网的距离。整个接地系统最终只有一点接到接地网上，保证DCS系统满足“一点接地”的要求，并满足接地电阻的要求。②信号线采用屏蔽电缆，并且合理接地。信号线的屏蔽层接地必须保证单点接地。如果信号电缆中间有接头时，在接头处的屏蔽层要妥善连接，并将屏蔽层裸露的部分用绝缘带包好。
3.程序设计、逻辑组态和调试验收
3.1保护和联锁的逻辑判据充分
无论汽机主保护(ETS)、锅炉主保护（MFT）还是发电机非电量保护功能应选用独立的DPU组实现，亦可采用硬接线保护与软件保护相结合的方式，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，信号源应来自不同的Ｉ/Ｏ卡件，必要时还可采用模拟量整定与开关量进行组合，这样可有效地减少系统拒动或误动。
3.2要有必要的后备手段
重要的保护和联锁，除了有网络通讯连接外，还必须具有硬接线方式;；对重要的调节设备，除了在OPU站有软手操外，还必须有后备硬手操，如直流油泵、锅炉跳闸、汽机跳闸、发电机跳闸等，以便在操作员站死机时仍然可以对重要设备的运行进行干预，同时应设计全炉膛火焰、汽包水位监视。DCS内的MFT系统建议采用硬跳闸回路板做后备，硬跳闸回路板需采用交直流两路冗余供电或两路不同可靠电源冗余供电，可实现一路电源失电光字报警，实现在DCS系统失电时或紧急情况下能快速切断进入炉膛的燃料供给，保证炉膛安全运行。
3.3 DCS性能测试包括
在检修、停备状态下，对系统各部件进行负荷测试、系统实时性测试、系统储备容量测试、供电系统切换测试等。热控维护和测试人员一定要全程参与，并结合类似控制系统使用中出现的问题，严格审核点目录，控制逻辑设计以及组态的合理性。在运行人员配合情况下，核对操作画面与现场设备、测点的对应情况，要仔细记录各次检查和试验结果，专人负责跟踪处理。对于计划检修，要编制内容全面、质检点合理的检修作业指导书，一般在大修中要进行DCS性能测试，验证一个大修周期后性能完好性。
4.电子设备间管理
严格控制电子设备间环境条件，注意搞好消防、空调、通风及照明等工作。尤其是通风和空调，由于DCS控制系统温度要求严格，所以应尽早将系统投入运行，空调出风口不能正对机柜或DCS其他电子设备，以免冷凝水渗透设备内造成危害;；同时；卡件、卡槽不允许有粉尘积聚，检修期间必须进行断电吹扫，所以要求电子间必须保持环境清洁和滤网干净，注意除湿和温度调节，将机柜滤网清洗列入定期工作。
5.人员培训与管理制度
5.1加强人员培训
拥有高素质的DCS维护、管理人员，是提高DCS系统可靠性、充分发挥其效能的重要保证。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此无论是新控制系统投运，还是旧系统改造，DCS控制系统选型一旦确定后，在进行系统搭建、硬件测试、画面生成、逻辑组态前后，都必须请有较强实践经验的厂方项目工程师或软硬件调试负责人进行授课，对于热控维护工程师和运行操作人员要分别进行针对性培训，实操要安排离线和在线两种环境下进行。
5.2建立健全管理制度
制定行之有效的DCS管理规定、电子间管理规定、工程师站授权等相关制度，很多电厂都曾发生人为错误修改点目录、在线强制或修改组态出错，造成电厂辅机跳闸减负荷，甚至机组打闸停机引发锅炉急停爆管等一系列事故。因此很有必要切实可行的反事故措施，以便从机制上增强DCS系统的可靠性。下面提供一个较为典型的DCS系统反事故措施:①日常维护过程中，在不需要修改DPU组态的情况下，严禁以ENG级(有组态修改等权限)别登录DPU。②需要在DCS系统进行组态修改时，要先以书面形式按照相关管理标准进行审批，并附详细的修改方案，审批没有完成严禁进行组态修改。③需要在DCS系统进行组态修改时，审批完成后，要办理工作票，在工作票上进行风险评估，可能对机组运行造成影响的修改，要给运行人员进行安全交底，运行人员制定应急预案后方可开始工作。④DCS系统MMI站只设置其中1台具有ENG级别登录功能。只允许在设置有ENG级别功能的MMI站进行组态的修改。⑤班组工作人员处理缺陷时，如果不需要连接DPU，尽量使用DPU组态软件离线的打开组态文本文件，来查找测点位置，而不要去连接DPU。⑥当需要对组态进行在线修改时，应事先采取可靠的防范措施，确认修改前后状态不会发生改变，才可将功能块连接线连上，如切除必要的自动、保护、联锁、关闭输出功能块等。⑦在线修改组态时，关闭功能块时应关闭当前组态页面所需的功能块，不要关闭该功能块的源头，避免扩大范围，造成拒动或误动。⑧对DCS系统所有的修改，无论是组态软件、系统软件还是文件属性等，都应在工程师站记录本有详细的文字记录。⑨要定期更改工程师站ENG级别登录密码，限制权限。⑩定期检查MMI站的硬盘，关闭不必要的共享功能。对已投运的DCS系统不要任意增加功能和硬件，以免影响DPU的负荷率和稳定性。如确有增加的必要，也应经过详细的论证及得到厂家的认可，在改造结束后观察DPU负荷率，不能超过30%。。
6.提高电厂DCS控制系统的可靠性和预防故障的措施
提高电厂DCS控制系统的可靠性和抗干扰能力是一个系统的工程，首先要求制造厂家设计生产产品时就要具有较强的抗干扰能力，另外要求使用部门在工程的设计"安装和运行"维护中都要全面考虑，结合电厂具体情况进行综合设计，才能保障系统的可靠性。抑制电磁干扰有三个基本原则：对干扰源进行抑制，切断干扰的传播途径，提高系统的可靠性和抗干扰能力。
6.1选择抗干扰能力强的产品，提高系统投运可靠性
在选择DCS设备时，要注意以下几个方面：第一，要选择有较高抗干扰能力的产品，包括系统的电磁兼容性"抗外部干扰的能力，如是否采用浮地技术，看产品的隔离性能，隔离性能好的DCS系统，能够避免大功率设备间的相互影响；要仔细了解生产厂家给出的各种抗干扰指标，如系统的差模拟制比"共模拟制比"耐压能力"允许工作的磁场强度和功率。第二，DCS控制系统硬件要有高可靠性，电子模件能热拔插，控制系统从结构上要采用冗余技术。第三，考查该DCS系统在其它电厂应用于类似工作中的实践情况，优先考虑有良好运行业绩的控制系统，进口系统或国内知名的DCS控制系统。
6.2切断干扰途径，提高系统运行可靠性
第一，电源布置要规范。电源供电的稳定可靠性直接影响到信号的采集和通讯的传输。因此，一定要保证信号和通讯电源的变化均在规定的范围内。①DCS系统一般都有冗余供电，取两路不同UPS的电源来为整个DCS系统提供交流电源。DCS系统的电源冗余配置，能够保证在断一路电的情况下系统内功能模块正常运行，能够保证操作监视系统至少有一半设备能够正常工作。②测量DCS系统的220 V"24 V"5 V电源，并按要求调整在规定范围内。第二，控制器合理分配。DCS系统的功能"构成相差不大，但控制器控制着总线上的信息交换速度，其分配是否合理影响着控制器的负荷。控制器多，则信号传输太多，系统太过分散，价格贵，且多个故障点。控制器少，控制器负荷太高，系统太集中，影响工作安全。所以设计时要尽量遵循一个控制器发生故障时影响的生产系统尽可能少的原则，对于主要控制器，要采用冗余配置，控制器的对数配置，应严格遵循机组重要保护和控制分开配置的独立性原则，控制器负荷配置要均匀，一般来说控制器的负荷不能超过50％。第三，系统接地和电缆敷设严格要求。①接地是提高DCS系统设备抗干扰性的有效手段，在某电厂安装调试完成正常运行几个月后，在冬季突然发生现场设备正常运行，但操作员站和工程师站信号丢失，十几秒后恢复正常。经检查网线"交换机"通讯卡件等均检测不出问题，几天后又出现同样故障；最终检测出系统接地在冬季不符合要求，增加接地极降低接地电阻后故障排除。②电缆要严格按照分层布置原则，强弱电走向分开，互不干扰，屏蔽线要可靠接地。在某电厂调试过程中一温度信号在运行过程中出现突然升高或降低超过10 ℃的情况，其原因是热电偶的信号线与某台变频电机动力线敷设距离不符合要求，当电机开启时干扰导致温度显示突然降低。
6.3加强维护管理，抑制系统故障发生几率
第一，要对系统进行除尘降温。一般电子产品都怕高温，高温会导致一系列问题，如元器件工作异常"过热烧毁"机器死机等。灰尘则会造成部件的卡涩和磨损，元器件则容易发生短路和产生高温。①要控制室内温度，注意通风，必要时可以装空调；②机柜电缆及时封口，防止外界和屋顶的灰尘流入；③定期对模件进行清灰，以防清灰时静电"拔插等对模件造成损伤。第二，认真做好日检工作，防患于未然。DCS系统大部分的异常是可以预防的。如果及时发现冗余模件故障并进行处理，就可以避免工作模件发生故障，从而避免了较大范围异常的发生。如果能够及时处理服务器上垃圾文件，就能避免监视系统反应慢的问题等。这些问题在实际的工作中，都会让我们付出沉痛的代价，因而要重视每天的DCS系统检查工作。一般不同厂家的DCS系统都有自己的诊断系统，我们可以通过诊断系统开来检查系统内服务器和功能模件的工作状态，如指示灯"电源"总线"监视和控制系统等设备的运行情况，及时地发现和解决问题。第三，在机组停机大修时，全面"彻底做好设备维护工作。在机组停机大修时，做好系统卫生清扫"电源线检查"系统地线检查"冗余试验"通讯环网分段测试"软件备份和系统垃圾清理"UPS测试"螺丝紧固等工作。根据计算机控制设备特点，DCS除像常规控制设备一样进行外围设备检修外，随机组大小修至少要进行以下项目的检修，即模件组态拷贝，核实控制模件标志和地址；清扫电源、模件及防尘滤网，检查紧固控制柜接线，进行接地系统检查，冷却风扇检修，电源设备检修测试；重要测量和保护信号线路绝缘检查；电子室温度、湿度及含尘量检修前测试，检修后复查；模件电源及冗余模件的切换试验；报警及保护功能测试；通信、手动操作站检查；进行卡进行校验等；检修前要做好充分的准备工作，检修中要严格执行工序卡制度，并认真做好检修记录，对电源、模件等测试要仔细填写测试报告。
7.结语
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。DCS制造技术及其维护水平需要不断发展和完善，在生产实践中，控制系统出现问题是正常的，我们要多分析、勤总结，寻找问题的共性，举一反三，并有针对性地采取措施进行改进，才能真正提高DCS控制系统的可靠性。本文针对DCS控制系统的特点，对可能影响控制系统安全运行的因素进行了分析，并对如何提高DCS系统的抗干扰能力和可靠性进行了分析，提高DCS系统运行的可靠性及抗干扰能力要求理论和实践密切相结合，需要电厂广大技术人员努力钻研实践，不断提高电厂的自动化控制水平。
参考文献：
[1] 吴迪. 提高电厂DCS系统可靠性的措施与方法[J]. 广东水利水电, 2006(3):76-77.
[2] 袁博. 提升电厂DCS系统可靠性与抗干扰性的措施[J]. 黑龙江科技信息, 2015(16):123-124.
[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(2):40-40.
【4】《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（2014年版）
论文作者:刘春雨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/19
标签：系统论文; 控制系统论文; 组态论文; 冗余论文; 抗干扰论文; 可靠性论文; 电厂论文; 《电力设备》2017年第25期论文;