劉佳奇

(國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司,山東威海　264312)

電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)DCS的改造分析

劉佳奇

(國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司,山東威海264312)

分布式控制系統(tǒng)又被稱作是集散控制系統(tǒng),因具有操作可靠性高、功能齊全、易于維護(hù)等特點(diǎn)而被電廠廣泛使用。然而,隨著分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大,其存在的問題及弊端也逐漸顯現(xiàn),對(duì)電廠實(shí)施自動(dòng)化運(yùn)行及控制帶來了不利影響。本文針對(duì)電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)DCS的改造進(jìn)行深入分析,探索具有實(shí)踐性的改造方案,以推動(dòng)分布式控制系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。

分布式控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)改造方案

分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)相較于集中式控制系統(tǒng)而言具有顯著優(yōu)勢(shì)，隨著DCS技術(shù)及功能的日益完善，其在我國(guó)電廠機(jī)組自動(dòng)化控制工作中得到了廣泛應(yīng)用，應(yīng)用范圍也由局部功能區(qū)域擴(kuò)展到全廠級(jí)，甚至達(dá)到了管理控制信息一體化;同時(shí)，控制軟件也由原來的常規(guī)控制發(fā)展到了智能控制、優(yōu)化控制，給控制和監(jiān)測(cè)帶來了極大的便利。但是，隨著DCS系統(tǒng)的技術(shù)越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越龐大，不可避免地，各種類型的故障和問題也隨之暴露，降低了整個(gè)系統(tǒng)的使用價(jià)值及運(yùn)行控制效率，甚至影響到電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文在分析DCS典型故障類型的基礎(chǔ)上，針對(duì)性提出改造方案及措施，為提高DCS的運(yùn)行效率提供了依據(jù)，促使其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1　電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)DCS故障類型

1.1過程通道故障

過程通道故障是分布式控制系統(tǒng)常見的故障類型，主要表現(xiàn)為I/O板卡故障，其發(fā)生的主要原因是系統(tǒng)內(nèi)部一次元件老化，或是其他原因?qū)υ斐蓳p傷，導(dǎo)致運(yùn)行出現(xiàn)異常，無法正確識(shí)別電路信號(hào)，甚至癱瘓系統(tǒng)[1]。受電廠調(diào)試階段環(huán)境、人為因素的影響，且考慮到元件一般的老化規(guī)律，此類故障在系統(tǒng)調(diào)試階段故障發(fā)生率較高，實(shí)際運(yùn)行階段發(fā)生率反而降低，因此在調(diào)試階段應(yīng)注意對(duì)相關(guān)設(shè)備的保養(yǎng)保護(hù)。

1.2信號(hào)傳輸故障

分布式控制系統(tǒng)是一個(gè)較為繁雜、構(gòu)成模塊及器件眾多的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并且為了提高電廠機(jī)組控制效率，整個(gè)分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息具有共享性，上述因素對(duì)通訊信道的工作效率提出了較高的要求。目前電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)所使用的通訊信道可以分為物理信道和邏輯信道兩種。信號(hào)傳輸故障則集中在邏輯通信信道，主要原因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸及共享過程中由于邏輯通路信息過載量較大，加重了邏輯信道運(yùn)算處理難度，致使分布式控制系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行緩慢或者信號(hào)無法正常傳輸?shù)裙收希跽咭鹣到y(tǒng)崩潰或死機(jī)。

1.3散熱器故障

散熱是所有系統(tǒng)的共通性問題，如果系統(tǒng)正常運(yùn)行中散熱裝置無法發(fā)揮其應(yīng)有功用，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)自身元件由于過熱而老化或短路，造成系統(tǒng)運(yùn)行異常。散熱器故障在分布式控制系統(tǒng)中最直接的體現(xiàn)即在于散熱設(shè)備功率較低或設(shè)計(jì)不合理，無法滿足整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的冷卻空氣流通供應(yīng)量。目前，電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)散熱器故障無論是在調(diào)試階段還是運(yùn)行階段都是工作人員所面臨的棘手問題，如何改造散熱系統(tǒng)成為當(dāng)前改造分布式控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1.4操作系統(tǒng)故障

操作系統(tǒng)故障發(fā)生的主要原因在于系統(tǒng)所使用的主機(jī)或服務(wù)器性能與電廠機(jī)組運(yùn)行要求存在顯著差異，無法滿足多機(jī)組運(yùn)行控制工作的需要，從而引發(fā)的一種軟件設(shè)備故障。作為整個(gè)分布式控制系統(tǒng)的“大腦”，主機(jī)或服務(wù)器運(yùn)行效率高低將與電廠經(jīng)濟(jì)收益具有直接關(guān)聯(lián)性。一旦操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致電廠機(jī)組無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，可能將電廠帶入不安全和不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而造成嚴(yán)重的后果。

2　電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)DCS改造方案

2.1使用高質(zhì)量一次元件且提高設(shè)備檢修人員專業(yè)技能

一次元件損毀是過程通道故障最常見的誘發(fā)原因，除了控制環(huán)境和人為因素的影響，根本上應(yīng)提高一次元件的質(zhì)量，以避免在電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)承受不住高電流的沖擊和老化而發(fā)生損毀等現(xiàn)象。所以，采用高質(zhì)量的一次元件是避免過程通道故障發(fā)生的重要解決措施。

2.2提高系統(tǒng)邏輯信道的可靠性及設(shè)備配置

信號(hào)傳輸故障與操作系統(tǒng)故障盡管故障類型不同，但是究其根本原因均在于系統(tǒng)各組成模塊的性能無法符合電廠自動(dòng)化管理要求及應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)流量的傳輸需求。因此，使用運(yùn)算處理能力較強(qiáng)的主機(jī)或服務(wù)器來提高控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算性能并利用具有較強(qiáng)邏輯編輯能力的微處理器來調(diào)整系統(tǒng)邏輯信道邏輯關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)信息共享，成為當(dāng)前電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)改造方案的重中之重[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及和現(xiàn)代化設(shè)備的陸續(xù)使用，多核心中央處理器的出現(xiàn)及應(yīng)用為該方案的實(shí)施提供了系統(tǒng)保障，改造方案可行性大幅提升。

2.3散熱裝置的合理配置

散熱裝置是保證電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。隨著該系統(tǒng)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，散熱問題凸顯。針對(duì)此種情況本文提出了水冷散熱裝置結(jié)合風(fēng)冷散熱裝置的散熱裝置改造方案，同時(shí)散熱片的表面處理可以采用電泳涂漆或黑色氧極化處理，以提高整體散熱性能和絕緣性能[3]。一般情況下水冷散熱裝置結(jié)合風(fēng)冷散熱裝置所使用經(jīng)過處理的散熱片能在自然冷卻下可提高散熱效果15%左右，而在通風(fēng)冷卻條件下可提高3%左右，并且能夠承受500～800V電壓沖擊，具有較好的散熱性能。因此，本文改進(jìn)方案更青睞于建立混合型的散熱裝置以應(yīng)對(duì)不同情況下的散熱需求，降低電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)功率損耗。

3　結(jié)語

綜上所述，電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)盡管在應(yīng)用過程中存在著過程通道障礙、信號(hào)傳輸障礙、散熱器障礙、操作系統(tǒng)障礙等問題，但是在采取使用高質(zhì)量一次元件且提高設(shè)備檢修人員專業(yè)技能、提高系統(tǒng)邏輯信道的可靠性及設(shè)備配置、散熱裝置的合理配置等改造方案后整體操作性能將會(huì)得到大幅提升，從而保證整個(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行、降低系統(tǒng)功率損耗情況，為其進(jìn)一步推廣使用提供了幫助。

[1]張偉鵬,劉文龍.公用系統(tǒng)正常生產(chǎn)單臺(tái)機(jī)組進(jìn)行DCS改造成功應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2013,12(11):72-73.

[2]陸家銘.超超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].華東電力, 2010,25(07):984-988.

[3]李莉.談熱工自動(dòng)化控制在火電廠的應(yīng)用及發(fā)展[J].科學(xué)中國(guó)人, 2014,33(12):11.