火电厂分散控制系统应用安全管理探究

何永刚

摘要:随着数字化电厂的提出,火电厂自动化发展迅速,DCS分散控制系统得到了快速发展,功能逐渐强大,对火电机组的安全、经济运行起到了关键作用。就如何提高DCS分散控制系统的应用安全性做了分析和建议,对同类电厂有借鉴作用。

关键词:分散控制系统(DCS);安全;火电厂

中图分类号:TU271.1

文献标识码:A

文章编号:16723198(2009)20002602お

分散控制系统 (DCS,是distributed control system的简称)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屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统,实现机组分散控制集中管理。

在发电厂中,DCS系统已成为控制的中枢神经系统,是电厂的大脑,电厂中汽轮机、锅炉、电气各设备的运行状态,设备参数的监视和控制都要通过DCS系统来实现。正因为DCS系统在电厂中举足轻重的作用,它的安全稳定运行就关系着电厂的安全稳定。如何保证DCS控制系统安全、稳定运行就成了摆在我们面前的一个难题,作者通过长期维护DCS系统的经验,就如何保证DCS系统安全运行提出了自己的一些想法。

1DCS系统的工作环境

1.1温湿度环境要求

环境条件是保证DCS系统能够长期正常运转的前提。温度过高会造成控制器、I/O模件的电子元件出现故障并且会缩短电子设备的使用寿命;湿度不正常会造成控制器死机或电子元件烧损;因此,要严格控制电子设备间的环境条件,注意做好消防、空调、通风及照明等工作。电子间内应有监视室内温度和湿度的仪表,以便时时监控DCS系统的工作环境。

1.2接地要求

DCS接地系统关系到系统的安全性、抗干扰能力的强弱及通讯系统畅通。DCS工作接地必须有可靠的接地系统,接地点要与避雷接地点距离大于4米,与其它设备接地点距离大于3米;各种DCS接地电阻要求不同,在接地连线后需要实测工作接地电阻和安全接地电阻等符合技术要求的数据;进DCS系统的屏蔽线接地应属于DCS系统的工作接地,不能接入保护接地中,另外屏蔽线只能单端接地;基准接地(信号零电平)就是信号回路接地,也包括在DCS的工作接地中,其目的是抑制干扰,提供电位参考点,接地原则是单点接地;保护接地主要用于保护人身安全而对设备框架和外壳采用的接地;应定期检查DCS系统接地线,确保接地系统正常工作。

1.3抗干扰措施

DCS在现场运行时,常常受到外界环境的各种干扰,主要的抗干扰措施有接地、屏蔽、电缆选择、滤波等。电源接地必须采用对地屏蔽的导管穿线。电源线不可与信号线平行布线。模拟信号和数字信号(含脉冲信号)不能在一根电缆中传送。不同电压等级的电缆,在同一电缆桥槽内敷设时,可用金属隔板把槽内不同电压等级的电缆分隔开。

2DCS系统硬件的安全

DCS系统的硬件主要有:电源系统、控制器、I/O设备、网络设备(包括交换机、路由器、网线)、工控机,它们是DCS系统中的各个主要环节。DCS系统硬件的安全防护工作主要就是采取确保系统安全稳定运行的措施,在系统硬件出现故障时能及时排除故障,不影响电厂机组的运行。

2.1电源系统的安全

各个DCS厂家对电源系统都是非常重视的,在电源系统方面都考滤得比较周全,现代的DCS系统电源都是采用双电源冗余系统。在电厂中双电源一路来自UPS (即为不间断电源),另一路来自保安段电源。两路电源工系统运行中是一用一备,当处于运行的电源系统出现故障时,备用电源能实现无扰动地自动投入运行,这个切换过程是不能出现电源中断的。为了保证电源系统的安全,在日常维护中每天都要检查电源系统的工作状态,检查两路电源的各运行参数。DCS系统应设备电源监视设备,时刻跟踪电源系统的运行状态,在出现异常时能及时发出报警,以便及时排除故障。两路电源应定期进行切换试验,确保电源切换回路正常。在机组停机检修时,应对电源系统进行全面的检查和试验,检查电源系统中的各电气元件,试验电源的回路的无扰切换功能。电源系统的各电气元件、电源模块都应有至少一套的备件,在设备出现故障时能及时更换。在电源系统安装调试时,应做好电源系统的各设备的标志、绘制清晰明了的电气原理图,为设备的运行维护提供方便。

2.2控制器的安全

DCS系统中的过程控制单元,是存储过程控制组态软件的设备,每一个控制器控制着相当数量的现场设备。一旦控制器出现故障,可能导致电厂设备失控,将影响电厂各设备的正常运行。电厂中的DCS系统都是采用双控制器冗余设置,运行中控制器一运行一热备,处于热备用的控制器始终监视着运行控制器。当运行的控制器出现故障时,热备控制器会自动切换投入运行,而这一个程序不影响机组设备的运行。控制器的安全防护工作主要有如下几项:

(1)定期切换控制器运行,让互为冗余的两控制器交替运行,确保在运行控制器出现故障时,热备用控制器能正常投入运行。

(2)日常维护要经常检查控制器各工作灯的状态,看是否有异常报警;检查控制器冷却风扇的工作状态,确保控制器的冷却效果。

(3)做好控制器的备件工作,必须确保每一套DCS系统致少有一台控制器备件,当有控制器出现故障时能得到及时更换。

2.3I/O设备的安全

DCS系统的I/O设备主要包括I/O模件和开关量指令输出继电器。I/O设备是DCS系统与它所监控的现场设备的信号连接设备,分为开关量输入输出和模拟量输入输出,如果I/O设备出现故障,DCS系统将无法正常监控现场设备。I/O设备的安全防护工作主要有如下几项:

(1)做好I/O设备的备件工作,必须确保每一种类型的I/O设备致少要有一至两台相应的备件,当设备出现故障时能得到及时更换。

(2)日常维护中每天都检查各I/O模件的工作状态,一旦发现相关的故障信息应立即进行处理。维护结束后应安装好各模件,以免出现松动情况。

(3)在机组查修时应选取主要设备的控制输出继电器检查测试,检查继电器动作是否正常。

2.4网络设备的安全

DCS系统的网络设备主要包括网络交换机、路由器、网线,有远程I/O的系统还包括光纤及光纤信号转换设备。网络设备是DCS系统中各节点的连接设备,是系统信息传输的路径。如果网络设备出现故障,DCS系统将可能瘫痪,机组设备将失控,后果不堪设想。为了确保网络设备的安全,DCS系统采用星形双网结构,当一条网络出现问题时,系统仍能正常运行。日常维护中每天都应检查各网络设备的工作状态,一旦发现相关的故障信息应立即进行处理。

2.5工控机的安全

电厂运行人员监控现场设备是通过DCS系统的工控机来实现的,工控机的CRT能显示现场设备的运行状态及参数;DCS系统工程师对系统的检查和维护也是通过工控机来实现。现代DCS系统的工控机只作为操作、维护、存储数据的平台,个别工控机出现故障虽然不会影响系统的运行,但可能会导致部分数据的丢失,如历史站出现故障将不能收集并存储数据,给生产运行参数的分析带来不便。工控机的安全防护主要要做好如下几项:

(1)日常维护中要经常检查各工控机运行情况,检查CPU使用率、内存占用率,检查键盘、鼠标等设备的运行情况,如有异常应及进更换,以免影响操作。

(2)做好备品工作,一套DCS系统致少要有一套工控机备件(包括鼠标、键盘、液晶显示器、主机),CPU风扇等易损耗设备应致少备有三套备件。

3DCS系统软件的安全

DCS系统软件主要包括组态程序软件、系统配置文件、系统图形文件等,其中组态程序软件是存放在控制器中,系统配置文件和图形文件是存在工控机中。DCS系统软件安全防护主要就是保证这些软件的安全运行,主要工作包括:

3.1软件的安全保存

DCS软件都是存放在特定的硬件设备中或工控机硬盘中的特定位置,其位置不能被随意改变;软件的内容是与生产相关的各种信息,也是不能被修改的。如果系统软件的路径或内容被修改,DCS系统可能因为找不到部分文件或对应不上正确的信息而无法正常运行。为了保证系统相关软件的安全,我们需严格规定软件的维护管理制度,做好组态程序软件、系统配置文件、系统图形文件等软件的备份工作,及时保存和备份各系统文件,并将备份的软件以可靠的方式保存,一般是采用硬盘备份和光盘备份,备份好的硬盘或光盘应妥善保存。

3.2软件防病毒感染工作

DCS系统是全厂的中枢神经系统,做好防病毒工作意义重大。首先,要严格限制外来文件的导入;其次,禁止使用U盘接口(现在已不用软盘),所有数据通过光盘导入或导出;再次,SIS系统与DCS系统的网络连接应采用单向只读;最后,做好备份工作,随时可以恢复系统。

4DCS系统的运行管理

为了更好的管理好DCS系统,做好系统运行环境,硬件安全防护,软件安全防护等工作,应制定相应的DCS系统管理制度。同时,为了能在系统出现紧急情况下能及时解决问题,排除故障,应制定DCS系统的应急处理方案。管理制度应对相关人员的职责,系统硬件、软件维护及安全防护等管理内容和方法,相关人员使用设备时的权限,电子间、工程师站进出管理等方面作明确的规定。应急处理方案应对在系统出现紧急情况时相关人员的职责,各种设备故障情况下的处理流程和方法作出明确规定。这样我们管理DCS系统就有相应的规章制度可以参照,在对系统进行维护管理时或在紧急情况处理故障时可依制度所规定的流程一步步进行,防止因为人为操作不当造成失误而影响机组的安全。

5结语

数字化电厂的提出,以及各种自动化设备及系统的应用,使火电厂的自动化程度不断提高,而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。然而,在工程实践中,由于设计不同,应用环境不同,设备选型不同,会出现各种各样的问题。我们维护人员应该做到以不变应万变,加强自身学习,养成严谨的工作作风,碰到问题要发扬不怕吃苦、穷追不舍的精神,像钉子一样钻研到底。全面掌握DCS系统安全防护知识,使DCS系统处于安全、稳定的运行状态,为发电机组的安全、稳定运行保驾护航。充分发挥自动化系统在工业生产过程中的作用,使自动化系统成为节能降耗新的亮点。