撫順礦業(yè)中機熱電有限責任公司 張勇剛

1 火力發(fā)電廠的DCS 系統(tǒng)分析

1.1 DCS 系統(tǒng)

DCS 系統(tǒng)又叫DCS 控制系統(tǒng)，在自動化生產中DCS 系統(tǒng)具有較高的應用價值，其中，火電廠在實際的DCS 系統(tǒng)應用時，對計算機技術、系統(tǒng)控制技術、網絡通信技術和多媒體技術等的有機結合，從而構建符合DCS 系統(tǒng)需求的窗口友好人機界面并具有較強的通信能力，從而滿足DCS 系統(tǒng)在實際的應用過程中保證設備管理，確保技術探討控制的效果，從而實現(xiàn)過程管理的現(xiàn)代化管理，確保火力發(fā)電廠的可靠性和穩(wěn)定性[1]。

DCS 系統(tǒng)在實際的運行中會運用到A/D 轉換器，也就是信號采集卡，并將現(xiàn)場的工藝信號等轉變?yōu)殡娮有盘枺瑢⑦@些工藝信號包括電廠運行中的溫度、壓力和流量等信息，通過做A/D 轉換器實現(xiàn)信號的轉變，從而保證系統(tǒng)能識別這些信息，并以此為基礎將數(shù)據(jù)信息存儲在控制器內，再通過人機交互界面，相關工作人員可以實現(xiàn)對開關閥門的控制，同時操作人員還可以利用人機交互界面向設備發(fā)送相應的指令，從而保證變頻器轉數(shù)穩(wěn)定，確?；鹆Πl(fā)電廠的穩(wěn)定運行，降低安全隱患[2]。

除此之外，DCS 系統(tǒng)在實際的運行中還能實現(xiàn)對現(xiàn)場的遙控，系統(tǒng)在運行中如果有工藝變更的需求，可以由工作人員到人機交互界面實現(xiàn)對命令的傳達，從而保證DCS 系統(tǒng)維持較好的運行狀態(tài)，確保火力發(fā)電廠的控制，有效控制安全隱患，提高設備的運行質量。并且實際的工作中不僅能夠發(fā)揮自身的功能，還能遙控現(xiàn)場設備，同時還可以通過組態(tài)編程實現(xiàn)PID、連鎖和順序控制等功能，進而滿足火力發(fā)電廠的基本需求。

1.2 工程概況

為了保證分析的效果，本文以某一具體的工程為例分析具體的可靠性問題。本工程為一火力發(fā)電廠，機組為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，近些年對其進行了改造，改造后的DCS 系統(tǒng)結構圖如圖1所示。因為近些年DCS 系統(tǒng)在實際的工作中容易出現(xiàn)一些問題，所以為了確認是否是系統(tǒng)存在問題，針對系統(tǒng)進行了可靠性分析。

圖1 DCS 系統(tǒng)結構圖

2 火力發(fā)電廠的DCS 系統(tǒng)可靠性研究

2.1 硬件的可靠性分析

火力發(fā)電廠在實際的工作中，DCS 系統(tǒng)想要較好的可靠性就需要對系統(tǒng)的硬件進行保證，確保硬件的穩(wěn)定運行。DCS 系統(tǒng)的硬件可以分為監(jiān)控網絡、系統(tǒng)網絡和控制站內的控制網絡，控制網絡對全廠的鍋爐和電氣設備等進行控制。所以為了保證硬件的可靠，就需要將CCS 和DEH 控制站加到保護系統(tǒng)中，如果發(fā)生安全事故他們可以對系統(tǒng)進行保護，從而避免DCS 的軟件和硬件出現(xiàn)異常保護的問題，像信號的損壞。輸出板錯誤和設定模板故障等。所以為了確保硬件的可靠性，CCS 和DEH 控制站的應用就十分必要。

結合本工程的實際情況，能夠獲得DCS 系統(tǒng)的可靠性框圖。根據(jù)圖2進行研究，可以發(fā)現(xiàn)DCS 系統(tǒng)的可靠度可通過計算獲得，具體的計算公式為：。圖2中A是用于描述控制站的串聯(lián)集合，以此為基礎可對各個子站的可靠度算法進行計算。公式為：

圖2 DCS 系統(tǒng)的可靠性框圖

通過可靠度的計算能夠獲得硬件的可靠度計算情況，圖2中E 代表人機接口設備的集合，這部分是由操作員站和1臺工程師站組成，系統(tǒng)正常運行時，工程師站變?yōu)椴僮鲉T口令、等同于操作員站，所以在實際的應用中，人機接口站子系統(tǒng)就可以被看作并聯(lián)的組合，所以算法公式也可以做出相應的改變，從而得到公式，以此為基礎能夠實現(xiàn)對機組的可靠度計算，從而實現(xiàn)對硬件部分的可靠性分析，根據(jù)計算結果對可靠性進行研究，從而確保DCS 處于較好的運行狀態(tài)。

2.2 根據(jù)故障分析子系統(tǒng)的可靠性

結合本工程的DCS 系統(tǒng)，為確保系統(tǒng)的可靠性，需要對系統(tǒng)的子系統(tǒng)可靠性進行研究，從而確保整體可靠性。子系統(tǒng)可靠性通過計算能夠獲得，但是要注意對故障的研究，將故障納入的可靠性的分析體系中，從而實現(xiàn)對子系統(tǒng)的可靠性計算[3]。相關研究表明，電子產品在使用期間會出現(xiàn)失效率趨近于一個穩(wěn)定的數(shù)值，具體的計算公式為λ=1/MTTF;R(t)=e-λt（1）。

發(fā)電廠在MAXIMO 缺陷管理系統(tǒng)中，能夠查到DCS 系統(tǒng)中發(fā)生的設備故障情況，并且能夠根據(jù)故障發(fā)生狀況查詢到故障發(fā)生的時間，結合本工程的實際情況，能夠得到改造后的一個大修周期內產生的DCS 系統(tǒng)有關的故障數(shù)據(jù)，可以得出DCS系統(tǒng)單元模塊MTTF。以此為基礎，可以得到單元、子系統(tǒng)的MTTF，這樣就可以按照公式（1）進行計算，進而獲取子系統(tǒng)的可靠性。例如，本工程將一個大修周期的故障數(shù)據(jù)帶入，從而獲得了系統(tǒng)的可靠性時間，經過確認后，發(fā)現(xiàn)可靠性時間為100000h，根據(jù)這一內容可以得到相應的計算情況，進而獲取準確的數(shù)據(jù)信息，最終能夠得到子系統(tǒng)的可靠性的數(shù)據(jù)。

除此之外，還要對軟件的可靠性進行計算，可以按照公式Rs=0.9o×0.95o×0.972×0.981×0.999完成計算。計算后就可以獲取軟件的計算內容，滿足實際系統(tǒng)的需求，確保軟件的可靠性。

3 提高DCS 系統(tǒng)可靠性的方法

為了保證DCS 系統(tǒng)始終處于較好的運行狀態(tài)，具備較高的可靠性，就需要實施有效的方法，提高系統(tǒng)的可靠性。

為克服問題，需要對火電廠DCS 系統(tǒng)存在的問題進行控制，降低問題對系統(tǒng)的影響，從而保證設備的可靠性。要保證主控單元的負荷率相對較低且控制負荷率不超過40%，從而保證系統(tǒng)的可靠性，另外注意盡量分散I/O 模塊到其他站內，同時將部分性能計算方法掃描周期進行調整，將原本的250ms 調整為1s，同時一些相對次要的控制算法要將掃描周期由250ms 調整為500ms，從而有效地對負荷進行控制，確保負荷在30%以內。

根據(jù)控制站控制網Profibus-DP 協(xié)議的相關要求，總線的特性阻抗應該在110Ω 左右，實際連接中，如果出現(xiàn)“虛接”的情況，總線的特性阻抗就會隨之發(fā)生變化，且當阻抗過大時終端匹配器就會出現(xiàn)一定的變化，會導致終端匹配器失去本身應該具有的匹配作用，從而就會導致控制網離線故障的發(fā)生。造成DP 總路“虛接”的原因很多，這些原因都會給DCS 系統(tǒng)的可靠性帶來影響，所以需要對這些問題進行控制。如果是因為安裝不夠緊固，就要對他們進行加固，垂直安裝的模塊底座受機械振動引起的觸點松動和現(xiàn)場環(huán)境不佳情況，就會引起觸點出現(xiàn)氧化問題。對于這部分需要對底座進行檢查。如果有這種情況，就要臨時在底座上添加DP通訊端子，從而確保系統(tǒng)可靠性。