電廠DCS控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性分析

張安偉　孫博　范金濤

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)在市場上獲得了普遍的應(yīng)用。DCS控制系統(tǒng)在電廠中應(yīng)用的可靠性和其抗干擾能力直接決定了電廠的運行效率，引起了電廠工作人員的重視。本文主要分析DCS控制系統(tǒng)在電廠中應(yīng)用的特征，找出干擾因素，提升DCS控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng)；可靠性；抗干擾性

中圖分類號：TM621.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0144-02

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)備的控制水平在提升，計算機控制在不同的領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用。電力工業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活中發(fā)揮重要作用，影響社會生產(chǎn)和人們的生活。所以，電廠DCS控制系統(tǒng)要可靠的運行。電力企業(yè)如今正處于改革時期，機組的自動化水平在提升。DCS控制系統(tǒng)是一類常見的電子設(shè)備，其內(nèi)部電信號不強，如果外部環(huán)境比較復(fù)雜，就會對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生干擾。DCS控制系統(tǒng)在受到干擾后，不能正常運行，甚至?xí)?dǎo)致事故的產(chǎn)生。所以提升DCS控制系統(tǒng)的可靠性，降低干擾的發(fā)生率意義重大。

1 DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和發(fā)展方向

電廠的各類生產(chǎn)工作非常復(fù)雜，對相關(guān)的工藝要求也非常高。完善裝置的自動控制可以使電廠生產(chǎn)走向規(guī)模化，DCS控制系統(tǒng)在電廠中得到廣泛應(yīng)用。

DCS控制系統(tǒng)全稱為分布式控制系統(tǒng)，也被稱為集散控制系統(tǒng)，其結(jié)合了計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等，且可以被看成是一個多功能的計算機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)過程控制和過程監(jiān)控，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)信息的傳遞。集散控制可以實現(xiàn)分散化的控制和集中的管理，其設(shè)置方式非常靈活，在電廠中應(yīng)用很多。DCS控制系統(tǒng)可以對電廠內(nèi)的儀表進行控制，形成信號傳遞的雙向通道，融合了數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)的傳遞等功能，對電廠內(nèi)部的儀器、設(shè)備等進行控制。

DCS控制系統(tǒng)發(fā)展非常迅速。在20世紀(jì)70年代，DCS控制系統(tǒng)誕生，實現(xiàn)了過程控制。其實現(xiàn)了顯示操作的集中化，并且實現(xiàn)了分散化的控制，借助計算機技術(shù)實現(xiàn)了自動化控制，當(dāng)時在工業(yè)領(lǐng)域引起了轟動。但是當(dāng)時硬件和軟件設(shè)備還不夠發(fā)達，影響了DCS控制系統(tǒng)的性能。在80年代，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)了高速發(fā)展。DCS控制系統(tǒng)的各個廠商開始研發(fā)新的系統(tǒng)，將局域網(wǎng)應(yīng)用到其中，完善了DCS控制系統(tǒng)的控制領(lǐng)域和控制范圍，實現(xiàn)批量控制和順序控，其各類功能具有良好的兼容性，DCS控制系統(tǒng)的控制功能已經(jīng)實現(xiàn)多元化，可靠性強。在1987年，實現(xiàn)了不同型號DCS控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通，各個廠商在開放的系統(tǒng)下實現(xiàn)了自動化協(xié)議的制定，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中顯示。DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)完善結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)場信號層和過程控制層分開，設(shè)計了工作站、服務(wù)站、繼電器等模塊。如今在電廠中廣泛使用的DCS控制系統(tǒng)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等，隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，其也在DCS控制系統(tǒng)中使用。隨著ERP等管理平臺的廣泛應(yīng)用，電廠的生產(chǎn)控制實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化控制，可以實現(xiàn)實時的監(jiān)控。

在工業(yè)領(lǐng)域采用DCS控制系統(tǒng)可以展現(xiàn)不同的優(yōu)勢，其應(yīng)用范圍非常廣，而且技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。我國大量的基礎(chǔ)工業(yè)在建立，現(xiàn)代工業(yè)對自動化水平要求非常高，促進DCS控制系統(tǒng)在未來還可以保持較高的使用率。

2 DCS控制系統(tǒng)的可靠性要求

DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)了電廠的自動化控制，可以有效的節(jié)約人力成本，提升電力生產(chǎn)效率，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。DCS控制系統(tǒng)在電廠自動化應(yīng)用中，主要是完善數(shù)據(jù)的傳輸，信號的監(jiān)控和設(shè)備的控制等，但是如果DCS控制系統(tǒng)的可靠性不能達到要求，那么就會導(dǎo)致企業(yè)不能正常運作，生產(chǎn)的資源質(zhì)量不合格，甚至?xí)a(chǎn)生安全事故，對人們的生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。安全、可靠的生產(chǎn)是每個電力企業(yè)的追求的目標(biāo)，DCS控制系統(tǒng)完善了自動化控制的同時，也應(yīng)該切實提升系統(tǒng)的可靠性。

DCS控制系統(tǒng)的可靠性通常是采用平均無故障時間、平均不可用時間和平均修復(fù)時間進行評價，如果平均無故障時間越大，平均不可用時間和平均修復(fù)時間越小，那么系統(tǒng)的安全性就越高?，F(xiàn)在DCS控制系統(tǒng)的平均無故障時間最高可以達到幾十萬小時，可靠性已經(jīng)有一定的保障。

為了進一步提升DCS控制系統(tǒng)的可靠性，結(jié)合DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，要考慮很多問題。其一，要充分分析DCS控制系統(tǒng)的可靠性，DCS控制系統(tǒng)自身運行的可靠性是電力系統(tǒng)自動化裝置可靠性的基礎(chǔ)。DCS控制系統(tǒng)的軟件和硬件裝置要具備良好的容錯效果，從而可以及時報警和進行故障診斷，實現(xiàn)人機交互，提升DCS控制系統(tǒng)的可靠性。其二，要合理的分析控制室中的電氣環(huán)境，在DCS控制系統(tǒng)設(shè)計中要充分分析電力系統(tǒng)的可靠性影響因素。從而提出解決問題的方案。其三，在DCS控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計中，應(yīng)該嚴(yán)格的按照工藝要求，完善控制方案和控制程序的設(shè)計。

3 干擾源以及分類

3.1 干擾源

產(chǎn)生DCS控制系統(tǒng)干擾的主要因素在于設(shè)備在運行環(huán)節(jié)中，電流和電壓處于動態(tài)的變化中，導(dǎo)致電荷發(fā)生移動。因此，干擾源產(chǎn)生的因素分成內(nèi)部因素和外部因素，外部因素主要包括各類輻射導(dǎo)致的干擾，系統(tǒng)會受到外部電路引線的影響發(fā)生干擾。內(nèi)部干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響主要是對電廠電路的影響，在電路感應(yīng)下發(fā)生干擾。內(nèi)部干擾是設(shè)備的線路、元件和其他設(shè)備在電磁作用下產(chǎn)生的干擾，這類干擾產(chǎn)生的因素非常復(fù)雜。在電力設(shè)備應(yīng)用的環(huán)節(jié)中，要合理的選擇DCS控制系統(tǒng)，有效的降低內(nèi)部干擾的發(fā)生率。外部干擾和內(nèi)部干擾具有聯(lián)系，在一種干擾因素形成中一般都是各類干擾因素聯(lián)合產(chǎn)生。現(xiàn)在電廠運作中，一般都是來自外部干擾的影響，在大型設(shè)備的使用中，常常對DCS控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

3.2 干擾的分類

按照干擾信號對設(shè)備系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，干擾可以分成串模干擾和共模干擾。串模干擾指的是信號在輸入環(huán)節(jié)中，形成的一個個的干擾。串模信號一般在信號輸入中產(chǎn)生，在接收端受到的影響最大，DCS控制系統(tǒng)程序會受到直接的影響。此類干擾產(chǎn)生的原因是由于內(nèi)部感染造成，在電磁作用下，如果出現(xiàn)耦合也會導(dǎo)致這類干擾產(chǎn)生。輸入信號主要是緩變直流電，這種干擾模式是雜亂無章的，甚至?xí)a(chǎn)生電頻干擾。消除這類干擾一般是采用消除模式，通常情況下是采用過濾波的方式。共模干擾是在系統(tǒng)輸入環(huán)節(jié)中，在兩個參考點內(nèi)會形成相同的電壓信號，這種干擾不會導(dǎo)致信號的疊加，所以不會對輸出產(chǎn)生影響。然而，在電路輸入的環(huán)節(jié)中，如果進行電壓的疊加，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾問題，要有效的防止共模干擾轉(zhuǎn)化成串模感染，否則會造成嚴(yán)重的干擾。

4 提升DCS控制系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力的措施

DCS控制系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力的研究是一項復(fù)雜的工作，其對制造商提出了非常高的要求。各個生產(chǎn)部門在設(shè)計環(huán)節(jié)中，要提升合理性，在安裝中要具有科學(xué)性，一直到最后的維護階段，也要進行全面的分析。

4.1 提升系統(tǒng)的抗干擾能力

DCS控制系統(tǒng)在選擇中應(yīng)該注意一些問題，其一，在抗干擾產(chǎn)品選擇環(huán)節(jié)中，應(yīng)該努力提升系統(tǒng)的兼容性，分析其抗干擾能力的大小，確保其采用浮地技術(shù)，提升系統(tǒng)的隔離性。在DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)該努力減少設(shè)備之間產(chǎn)生的干擾，要合理的選擇DCS控制系統(tǒng)的生產(chǎn)商。其二，在DCS控制系統(tǒng)的硬件和軟件功能分析環(huán)節(jié)中，應(yīng)該在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇的基礎(chǔ)上，對干擾情況提出可行的措施，可以選擇進口的DCS控制系統(tǒng)。

4.2 切斷干擾途徑，提升系統(tǒng)可靠性

要完善電源的控制，電源程序設(shè)計中應(yīng)該完善信號的采集，控制好信號采集的過程，提升信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。因此，在傳輸環(huán)節(jié)中，應(yīng)該確保信號在電源變化允許的范圍內(nèi)，DCS控制系統(tǒng)在應(yīng)用的環(huán)節(jié)中應(yīng)該采用整體交流電源的方式，從而設(shè)備可以在斷電的情況下也能正常運行。通常情況下，在對電源調(diào)整中，要充分考慮控制器的分配情況，如果控制器過于密集，就會導(dǎo)致系統(tǒng)應(yīng)用中非常分散，提升了應(yīng)用成本。如果控制器在應(yīng)用環(huán)節(jié)中數(shù)量不足，就會導(dǎo)致電壓的負荷非常大，導(dǎo)致可靠性下降。結(jié)合系統(tǒng)的運行，完善電路的保護。

4.3 運行中進行抗干擾維護

在DCS控制系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)中，完善抗干擾的維護，定時對系統(tǒng)進行除塵操作，并且采用降溫裝置。很多電子元件的性能都會受到高溫的影響，高溫也會導(dǎo)致設(shè)備的故障。設(shè)備和元件在高溫下運行，會導(dǎo)致死機或者零件被燒毀的情況。如果元器件上有大量的灰塵，就會導(dǎo)致元器件在運行中出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致元器件出現(xiàn)短路，因此要完善元器件的處理。要對機器柜頂進行封口處理，從而可以有效的防止灰塵進入。要控制室內(nèi)的溫度，確保室內(nèi)處于通風(fēng)的狀態(tài)，可以安裝空調(diào)起到降溫的效果。要對設(shè)備進行定期的清理工作，確保設(shè)備處于清潔的狀態(tài)下運行，防止由于大量異物的聚集導(dǎo)致靜電產(chǎn)生。

4.4 增強軟件的性能

在整個控制系統(tǒng)中，要完善軟件的檢修制度，確保軟件可以得到定期的檢修，提升軟件的質(zhì)量，確保軟件正常運行。定期進行軟件的升級，解決軟件中的問題。

4.5 建立合理的外部環(huán)境

要完善對系統(tǒng)外部環(huán)境的控制，合理的控制溫度、濕度和水分，還要降低雷電對DCS控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，降低電磁波對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。在傳輸信號的材料控制中，要采用合理的控制方式，提升材料的抗干擾能力，降低外部環(huán)境對信號產(chǎn)生太的干擾。

4.6 強化工作人員的專業(yè)素養(yǎng)

要定期對操作人員進行培訓(xùn)工作，使他們不斷學(xué)習(xí)新的知識，增強設(shè)備的操作能力，提升他們的專業(yè)能力。提升工作人員的責(zé)任意識，在發(fā)現(xiàn)問題后，應(yīng)該及時的采取措施，有效的控制DCS控制系統(tǒng)，防止外界對DCS控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

5 結(jié)語

DCS控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力對電廠的生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響，所以完善DCS控制系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性是重點。電廠的工作人員要不斷的研究理論知識，并且經(jīng)過大量的實踐，提升DCS控制系統(tǒng)的整體性能。本文分析DCS控制系統(tǒng)的特征，并且分析DCS控制系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力提升的方案，從而提升電廠機組運行的穩(wěn)定性，減少電廠生產(chǎn)的成本。

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