李小煜 李靜豪

摘 要：針對DCS系統(tǒng)升級的必要性和可行性評估問題進行論述，結合DCS系統(tǒng)發(fā)展方向和趨勢，總結和歸納DCS系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的性能劣化、用戶需求提升、物資采購和技術支持中存在的問題以驗證系統(tǒng)升級的必要性，并對系統(tǒng)升級方案選取、工期計劃、費用以及施工條件的評估進行說明，以確保DCS系統(tǒng)項目評估的準確性和可執(zhí)行性。

關鍵詞：DCS系統(tǒng)；升級；必要性；可行性；評估

引言

DCS系統(tǒng)，即Distributed Control System， 集散控制系統(tǒng)。于上世紀八十年代被人們逐漸熟悉，經(jīng)過近三十年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為發(fā)電及石化行業(yè)生產(chǎn)運行的主要控制手段。由于計算機應用技術水平的不斷提高，在DCS系統(tǒng)選型時，用戶不僅滿足于系統(tǒng)的可用性，同時會考慮DCS系統(tǒng)人機界面的友好性和開放性以及DCS系統(tǒng)升級的可能性。而DCS系統(tǒng)運行一段時間后，出于系統(tǒng)自身屬性和用戶要求改變等因素考慮，是否對DCS系統(tǒng)進行升級以及如何對DCS系統(tǒng)進行升級就成為使用者必須面對的問題。

1 DCS系統(tǒng)升級的必要性

1.1 DCS系統(tǒng)性能劣化是系統(tǒng)升級需求的根本原因

在DCS系統(tǒng)初期投入使用時，技術參數(shù)一般會略高于設計規(guī)格，充分滿足用戶的使用需求。但是在系統(tǒng)使用過程中，伴隨性能參數(shù)劣化造成與用戶需求的逐漸偏離，最終導致系統(tǒng)性能與用戶要求的不匹配，而用戶為滿足生產(chǎn)的實際需要不得不考慮系統(tǒng)升級的問題。（1）系統(tǒng)設備自身老化造成的系統(tǒng)性能劣化。由于發(fā)電行業(yè)生產(chǎn)的特殊性，DCS系統(tǒng)常年帶電工作，受到電子元器件使用壽命限制、系統(tǒng)設備工作中自身發(fā)熱和產(chǎn)生的磁場相互影響、頻繁操作以及誤操作帶來的設備損害，使得系統(tǒng)設備的使用壽命往往低于設計值，也造成系統(tǒng)設備性能劣化現(xiàn)象在達到某一階段后呈現(xiàn)爆發(fā)式和全面性上升的趨勢。另外由于系統(tǒng)設備故障存在不可預測性和不易檢測性，很難在故障出現(xiàn)前采取有效的應對措施，一旦出現(xiàn)故障往往直接影響到機組運行的穩(wěn)定性和安全性，甚至造成不可逆轉的影響。（2）系統(tǒng)內(nèi)部軟件升級造成的系統(tǒng)性能劣化。在系統(tǒng)投入運行后，由于系統(tǒng)軟件本身升級需要和軟硬件配合需求以及打補丁的需要，系統(tǒng)容量空間被占用，通信和計算處理等裕度也會受到影響，運行負荷不斷升高，造成系統(tǒng)處理速率降低，嚴重時甚至造成通訊阻塞和中斷。（3）用戶調(diào)整系統(tǒng)造成的系統(tǒng)性能劣化。在機組投入運行后，用戶在對DCS系統(tǒng)使用中會對系統(tǒng)控制內(nèi)容進行調(diào)整，有些工作需要改變系統(tǒng)硬件甚至改變系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構，這樣會對系統(tǒng)原有設計的裕量和系統(tǒng)負荷產(chǎn)生影響，嚴重的話會造成系統(tǒng)超負荷運行或者運行工況異常。[1]

1.2 用戶需求提升是系統(tǒng)升級的必要條件

由于用戶在使用中會根據(jù)自己的實際需要，增加DCS系統(tǒng)的控制范圍、增加與外部數(shù)據(jù)的通訊量、增加更多的性能計算功能等要求，原有的DCS系統(tǒng)的各項技術指標的固化造成對于用戶要求的響應程度會越來越難，造成用戶在使用中逐漸感覺到越來越不方便，不得不將系統(tǒng)升級列入日程安排。

1.3 計算機應用技術提升是DCS系統(tǒng)升級的關鍵性因素

隨著計算機應用技術的不斷提升，更多的新興技術進入工控行業(yè)，特別是近年來計算機硬件技術和通訊技術的突飛猛進，也帶動了DCS系統(tǒng)更新?lián)Q代的速度。DCS系統(tǒng)廠家在進行設備更新?lián)Q代時給原系統(tǒng)使用者帶來了很多不便，也讓用戶了解到新技術帶來的便捷，用戶對待DCS系統(tǒng)升級的問題由被動接受變?yōu)橹鲃訉で蟆?/p>

（1）計算機應用技術提升造成設備廠家技術轉型。在計算機應用技術飛速發(fā)展的當前社會，面對日益嚴峻的市場競爭，DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會將更多關注和技術力量投入新產(chǎn)品研發(fā)和應用方面，原有系統(tǒng)技術支持人員因為流失或被動轉型，對原有DCS系統(tǒng)的技術支持力量不足，造成系統(tǒng)用戶在遇到重大問題時因得不到足夠的技術支持而無力解決，使得用戶不得不放棄繼續(xù)使用現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)。（2）計算機應用技術提升造成設備廠家設備更新?lián)Q代。隨著計算機應用技術提升，DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家也在不斷更新自己的硬件設備，原來設備的生產(chǎn)線紛紛停產(chǎn)或升級，造成老舊設備的備品備件斷貨，系統(tǒng)用戶采購周期和費用控制難度增加，而DCS系統(tǒng)的固化設計使得設備兼容性很難得到保障，系統(tǒng)維護難度增加。[2]（3）計算機應用技術提升讓用戶對于控制策略和控制手段要求提升成為可能。在計算機應用技術得到提升的同時，更多的控制策略在發(fā)電行業(yè)得到應用，如神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制和自適應控制等先進的控制理論在新建項目中得到應用，控制手段的先進性讓發(fā)電行業(yè)受益匪淺，也讓原有系統(tǒng)因為技術方面的局限受到?jīng)_擊，用戶會通過DCS系統(tǒng)升級來實現(xiàn)系統(tǒng)性能和工藝水平的提升。（4）計算機應用技術提升讓用戶可以有更多的選擇空間。原有DCS系統(tǒng)在選擇時因為受限于當時的計算機應用技術選擇空間并不大，但隨著計算機應用技術提升，選擇兼容性更強、人機界面更友好、系統(tǒng)容量更大的DCS系統(tǒng)就成為可能，也使得專業(yè)技術人員能夠更主動地接受DCS升級。

1.4 原有DCS系統(tǒng)因故障無法繼續(xù)運行或存在重大隱患是用戶不得不對DCS系統(tǒng)升級的最無奈的選擇

系統(tǒng)運行中，由于系統(tǒng)設備老化或損壞，但由于備品備件無法采購或技術支持力量缺失造成DCS系統(tǒng)無法正常工作或“帶病”工作，嚴重時會影響機組的運行，這種情況大多是由于對于DCS系統(tǒng)缺乏正確有有效的評估造成的，在這種情況下而不得不選擇對DCS系統(tǒng)升級，由于DCS系統(tǒng)升級工作過于倉促，造成DCS系統(tǒng)升級效果受到影響。某電廠DCS系統(tǒng)是從常規(guī)儀表控制改造而來，改造工期緊張，在改造完畢后，出現(xiàn)了測點數(shù)量不足、報警信息缺失、控制邏輯不嚴謹?shù)膯栴}，給機組運行帶來極大不便。

綜上所述，對DCS系統(tǒng)進行升級的必要性可能是多方面的，尋求必要性中的關鍵點，是推動DCS系統(tǒng)升級的首要前提。某燃氣發(fā)電公司采用的控制系統(tǒng)為某公司上世紀九十年代的產(chǎn)品，在投產(chǎn)后不久就出現(xiàn)人機接口不友好、系統(tǒng)兼容性差、備品備件采購困難、技術支持力量不足等問題，在運行中陸續(xù)發(fā)生各種DCS系統(tǒng)故障，在系統(tǒng)維護人員陸續(xù)流失的情況下，通過對DCS系統(tǒng)設備老化、備品備件和技術支持保證性降低和優(yōu)化機組控制手段等問題的重點關注，確定DCS系統(tǒng)升級的必要性?？紤]升級一臺機組DCS系統(tǒng)，將升級后更換下來的設備作為另一臺機組DCS系統(tǒng)的備品備件，節(jié)余的備品備件費用就超出系統(tǒng)升級所需費用，再考慮到采購周期以及備品備件的應急效應，用最小的投入換取最大的經(jīng)濟回報。

2 DCS系統(tǒng)升級的可行性

對于DCS系統(tǒng)升級的可行性評估需要從多個角度來完成，需要考慮升級方案的可行性評估、系統(tǒng)升級工期與評估、系統(tǒng)升級費用評估和系統(tǒng)升級項目規(guī)模以及施工條件評估等方面，只有在各方面經(jīng)過評估后，才能判定DCS系統(tǒng)升級項目是否真正具備可行性。

2.1 對DCS系統(tǒng)升級方案的可行性評估

DCS系統(tǒng)常規(guī)意義上的升級，一般有兩種方式：一種是在原系統(tǒng)的基礎上升級到高版本系統(tǒng)；另外一種是用其它廠家的DCS系統(tǒng)進行替代。因為兩種方案對于系統(tǒng)改造范圍、改造工作量、技術保障力度、技術攻關與關鍵技術破解等方面可能存在較大差異，可以說各有利弊，需要從技術層面、安全方面和投資以及回報等方面進行全面性的比較，選擇切實可行的升級方案。[3]

2.2 對系統(tǒng)升級工期進行評估

將目前使用的DCS系統(tǒng)升級到新的DCS系統(tǒng)，該項工作量和完成時間無疑都是巨大的，在機組運行中很難安排專門的時間來完成該項工作，一般會選擇將系統(tǒng)升級放在機組等級檢修中完成，因此在確定改造方案和工作范圍時DCS系統(tǒng)升級項目的完成所需要的時間是否與檢修計劃的一致就成了可行性評估的重要一項。

2.3 對系統(tǒng)升級費用評估

對于DCS系統(tǒng)升級，出發(fā)點往往有兩個，就是經(jīng)濟性和安全性。不管選擇將DCS系統(tǒng)升級到高版本系統(tǒng)或者對現(xiàn)有DCS系統(tǒng)進行替代，所投入的費用都是巨大的，但是考慮到系統(tǒng)升級后帶來的經(jīng)濟效益的提升或者安全水平的提高而言，回報性也是可觀的。對于達到或者接近使用壽命的DCS系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行升級不僅勢在必行，更是對企業(yè)安全、穩(wěn)定的運行負責任的表現(xiàn)。而對于投入使用時間并不長的用戶，就需要衡量系統(tǒng)升級費用與升級后的經(jīng)濟回報和安全水平提升的對比，也就是說需要對DCS系統(tǒng)升級必要性進行再次評估，重點突出系統(tǒng)升級到來的經(jīng)濟回報以及機組安全性提升水平。

2.4 對系統(tǒng)升級項目規(guī)模以及施工條件評估

很多時候，DCS系統(tǒng)升級僅僅是因為DCS系統(tǒng)某一部分功能不能滿足用戶的需求，用戶在確定對DCS系統(tǒng)進行升級時就需要考慮是對DCS系統(tǒng)進行整體升級還是局部進行升級，局部性升級資金相對較少就可以滿足用戶的實際需要，但也存在新系統(tǒng)與老系統(tǒng)兼容性問題以及是否會增加老系統(tǒng)的系統(tǒng)負擔以及后期是不是仍需要對其它部分升級的問題，這樣就要用戶自行把握了。另外在對系統(tǒng)升級項目規(guī)模進行評估后，就要考慮進行施工的前提條件是否具備，例如是否需要增加盤柜數(shù)量、場地是否滿足需求以及項目從設計、系統(tǒng)組態(tài)、安裝和調(diào)試等方面問題，只有各方面條件均滿足的情況下，才具備了系統(tǒng)施工的條件。

DCS系統(tǒng)升級的可行性評估也涉及多個層面，而且各個因素環(huán)環(huán)相扣，各個環(huán)節(jié)均滿足要求，才可以判定DCS系統(tǒng)升級具備可行性。該燃氣發(fā)電公司在完成了DCS系統(tǒng)升級必要性評估后，通過對DCS升級兩個方案各項指標進行權衡，對升級所花費費用和帶來的經(jīng)濟回報進行評估，將單元機組A級檢修作為DCS系統(tǒng)升級的時間段，明確項目中升級范圍和改造效果，最終確定了DCS系統(tǒng)升級的可行性。

3 結束語

DCS系統(tǒng)升級項目評估是一個涵蓋技術、經(jīng)濟、安全和工程等多個方面的綜合性工作，保證項目前期評估工作的準確到位是推動項目前進的必要保障。如果說DCS系統(tǒng)升級必要性評估是對系統(tǒng)劣化程度、用戶需求以及計算機應用技術等方面點和點的關聯(lián)，那DCS系統(tǒng)升級的可行性就是各個環(huán)節(jié)串在一起的一條線。必要性是可行性的前提，可行性又反過來限制和支持必要性。作為有DCS系統(tǒng)升級需求的用戶，必須明確自己的工作思路，充分了解和掌握系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展方向和趨勢，確定自己的需求和目標，嚴格執(zhí)行技術規(guī)范和要求，才可以對DCS系統(tǒng)升級項目做出準確而客觀的評估。

參考文獻

[1]曹煜，司云超.電廠DCS系統(tǒng)的擴容與升級改造[J].電力自動化設備，2004.

[2]王剛，胡文勝.2號機組DCS系統(tǒng)升級改造的必要性和可行性[J].華北電力技術，2007.

[3]滕會英，萬暉，王蘇華.300MW機組分散控制系統(tǒng)從WDPF到OVATION系統(tǒng)的升級改造[J].中國電力，2004.

作者簡介：李小煜（1976-），男，工程師，從事火力發(fā)電行業(yè)熱工專業(yè)技術研究、咨詢和技術服務工作。

李靜豪（1977-），女，高級工程師，從事市政工程供配電設計、自控儀表設計以及安防監(jiān)控設計。