电厂机组分布式控制系统DCS的改造分析

刘佳奇

(国核示范电站有限责任公司,山东威海　264312)

电厂机组分布式控制系统DCS的改造分析

刘佳奇

(国核示范电站有限责任公司,山东威海264312)

分布式控制系统又被称作是集散控制系统,因具有操作可靠性高、功能齐全、易于维护等特点而被电厂广泛使用。然而,随着分布式控制系统应用范围逐步扩大,其存在的问题及弊端也逐渐显现,对电厂实施自动化运行及控制带来了不利影响。本文针对电厂机组分布式控制系统DCS的改造进行深入分析,探索具有实践性的改造方案,以推动分布式控制系统进一步发展。

分布式控制系统集散控制系统集中式控制系统改造方案

分布式控制系统(Distributed Control System)相较于集中式控制系统而言具有显著优势，随着DCS技术及功能的日益完善，其在我国电厂机组自动化控制工作中得到了广泛应用，应用范围也由局部功能区域扩展到全厂级，甚至达到了管理控制信息一体化;同时，控制软件也由原来的常规控制发展到了智能控制、优化控制，给控制和监测带来了极大的便利。但是，随着DCS系统的技术越来越复杂，规模越来越庞大，不可避免地，各种类型的故障和问题也随之暴露，降低了整个系统的使用价值及运行控制效率，甚至影响到电厂的安全稳定运行。本文在分析DCS典型故障类型的基础上，针对性提出改造方案及措施，为提高DCS的运行效率提供了依据，促使其实现可持续发展。

1　电厂机组分布式控制系统DCS故障类型

1.1过程通道故障

过程通道故障是分布式控制系统常见的故障类型，主要表现为I/O板卡故障，其发生的主要原因是系统内部一次元件老化，或是其他原因对元件造成损伤，导致运行出现异常，无法正确识别电路信号，甚至瘫痪系统[1]。受电厂调试阶段环境、人为因素的影响，且考虑到元件一般的老化规律，此类故障在系统调试阶段故障发生率较高，实际运行阶段发生率反而降低，因此在调试阶段应注意对相关设备的保养保护。

1.2信号传输故障

分布式控制系统是一个较为繁杂、构成模块及器件众多的结构系统，并且为了提高电厂机组控制效率，整个分布式控制系统数据信息具有共享性，上述因素对通讯信道的工作效率提出了较高的要求。目前电厂机组分布式控制系统所使用的通讯信道可以分为物理信道和逻辑信道两种。信号传输故障则集中在逻辑通信信道，主要原因为系统发送与接收的数据信号在传输及共享过程中由于逻辑通路信息过载量较大，加重了逻辑信道运算处理难度，致使分布式控制系统出现运行缓慢或者信号无法正常传输等故障，甚者引起系统崩溃或死机。

1.3散热器故障

散热是所有系统的共通性问题，如果系统正常运行中散热装置无法发挥其应有功用，将会导致系统自身元件由于过热而老化或短路，造成系统运行异常。散热器故障在分布式控制系统中最直接的体现即在于散热设备功率较低或设计不合理，无法满足整个系统运行所需要的冷却空气流通供应量。目前，电厂机组分布式控制系统散热器故障无论是在调试阶段还是运行阶段都是工作人员所面临的棘手问题，如何改造散热系统成为当前改造分布式控制系统的关键。

1.4操作系统故障

操作系统故障发生的主要原因在于系统所使用的主机或服务器性能与电厂机组运行要求存在显著差异，无法满足多机组运行控制工作的需要，从而引发的一种软件设备故障。作为整个分布式控制系统的“大脑”，主机或服务器运行效率高低将与电厂经济收益具有直接关联性。一旦操作系统出现故障，将会导致电厂机组无法实现自动化控制，可能将电厂带入不安全和不稳定的状态，从而造成严重的后果。

2　电厂机组分布式控制系统DCS改造方案

2.1使用高质量一次元件且提高设备检修人员专业技能

一次元件损毁是过程通道故障最常见的诱发原因，除了控制环境和人为因素的影响，根本上应提高一次元件的质量，以避免在电厂机组分布式控制系统满负荷运行时承受不住高电流的冲击和老化而发生损毁等现象。所以，采用高质量的一次元件是避免过程通道故障发生的重要解决措施。

2.2提高系统逻辑信道的可靠性及设备配置

信号传输故障与操作系统故障尽管故障类型不同，但是究其根本原因均在于系统各组成模块的性能无法符合电厂自动化管理要求及应对大数据流量的传输需求。因此，使用运算处理能力较强的主机或服务器来提高控制系统数据运算性能并利用具有较强逻辑编辑能力的微处理器来调整系统逻辑信道逻辑关系，以实现信息共享，成为当前电厂机组分布式控制系统改造方案的重中之重[2]。随着计算机技术日益普及和现代化设备的陆续使用，多核心中央处理器的出现及应用为该方案的实施提供了系统保障，改造方案可行性大幅提升。

2.3散热装置的合理配置

散热装置是保证电厂机组分布式控制系统平稳运行的重要保障。随着该系统应用范围日益扩大，散热问题凸显。针对此种情况本文提出了水冷散热装置结合风冷散热装置的散热装置改造方案，同时散热片的表面处理可以采用电泳涂漆或黑色氧极化处理，以提高整体散热性能和绝缘性能[3]。一般情况下水冷散热装置结合风冷散热装置所使用经过处理的散热片能在自然冷却下可提高散热效果15%左右，而在通风冷却条件下可提高3%左右，并且能够承受500～800V电压冲击，具有较好的散热性能。因此，本文改进方案更青睐于建立混合型的散热装置以应对不同情况下的散热需求，降低电厂机组分布式控制系统功率损耗。

3　结语

综上所述，电厂机组分布式控制系统尽管在应用过程中存在着过程通道障碍、信号传输障碍、散热器障碍、操作系统障碍等问题，但是在采取使用高质量一次元件且提高设备检修人员专业技能、提高系统逻辑信道的可靠性及设备配置、散热装置的合理配置等改造方案后整体操作性能将会得到大幅提升，从而保证整个系统平稳运行、降低系统功率损耗情况，为其进一步推广使用提供了帮助。

[1]张伟鹏,刘文龙.公用系统正常生产单台机组进行DCS改造成功应用[J].内蒙古科技与经济,2013,12(11):72-73.

[2]陆家铭.超超临界机组控制系统功能设计优化研究[J].华东电力, 2010,25(07):984-988.

[3]李莉.谈热工自动化控制在火电厂的应用及发展[J].科学中国人, 2014,33(12):11.