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    DCS控制系統可靠性的討論

    2006-03-23

          摘要:本文從DCS控制系統角度,就控制系統選型、設備安裝、程序設計和調試驗收以及技術培訓等方面,就如何提高整個DCS控制系統的可靠性進行了闡述。 
          在生產全過程中,加強人員安全管理和技術培訓,盡可能地優化和改良設備,是發電廠提高可靠性的重要方面。對發電廠而言,發電設備可靠性是一項綜合性指標,主要包括:非計劃停運次數、等效可用系數、等效非計劃停運系數、降低出力次數、利用小時數等,通過這些指標可以比較全面地了解一個發電廠安全穩定運行水平。
          在電力日益緊張的今天,如何提高設備可靠性愈來愈受到各個電廠的重視。本文作者根據自己長期在電廠從事熱控檢修工作的經驗,從DCS控制系統角度,就控制系統選型、設備安裝、程序設計和調試驗收以及技術培訓等方面,就如何提高整個DCS控制系統的可靠性進行了闡述。
          1、DCS控制系統可靠性
          隨著國民經濟的發展和人民生活質量的提高,電力對國民經濟的重要性和人民生活質量的提高之間的關系越來越緊密。由于電力生產的特殊性,在“抓安全,重效益”的企業目標下,提高電力可靠性變成了一項社會性的工作。只有充分發揮各級管理人員的積極性和創造力,依靠技術的進步,有效調動全體員工的能動性,才能把提高發電設備可靠性這項工作做得更細、更實,以取得良好的績效。
          對于大型電廠,控制系統的可靠性對整個電廠的安全可靠性生死攸關。上世紀七十年代左右,隨著4C技術的發展和火電廠單機參數的提高,控制系統向功能分散、管理集中方向發展,其可靠性也得到了大大的提高,國外開始在大型電廠(站)中開始采用分散控制系統(DCS)。我國也于上世紀八十年代中后期在成套引進發電機組上應用DCS,至目前,新建機組在控制系統選型上均采用了各型成熟的DCS控制系統,單機容量較大的老機組也通過控制系統改造,基本采用了DCS控制系統。
          作為技術進步的體現,DCS控制系統的大范圍推廣,為電力生產的安全、經濟運行作出了巨大貢獻。但在國家電力體制改革后,尤其是市場經濟的調控下,如何盡可能提高DCS控制系統的可靠性,從而保證電力生產的安全和經濟,以盡可能提高安全和利潤指標變成了一項越來越重要的工作。
          2、DCS控制系統選型
          不論在新建機組還是老機組進行的控制系統改造,均面臨著盡可能質優價廉地選擇理想的控制系統的問題。在此,我們姑且撇開控制系統的價格,僅從提高可靠性要的角度來考慮,在DCS控制系統選型過程中需要注意以下各方面的問題:
          2.1 在選擇DCS控制系統時要優先考慮有在類似機組上良好運行業績的控制系統,這樣的成套控制系統通過了工廠試驗和實際投運,其可靠行得到了時間的檢驗。同時要盡可能多地了解不同DCS在其他電廠的使用情況,尤其是主要出現的重大問題,以便在招標中進行比對和取舍。
          2.2 控制系統的硬件一定要具有高可靠性,在電子元器件上的生產工藝各環節上采用了成熟技術,電子模件最好能熱拔插??刂破鞯倪\算和存儲能力要足夠,IO卡件具有很強的抗干擾能力。
          2.3 控制系統從結構上要充分地采用了冗余技術。對于控制系統的控制器、網絡通訊等必須冗余,且各冗余設備之間必須能實現無擾切換.采用冗余結構不僅能避免控制系統的局部故障擴大事故,保證機組安全穩定運行,同時也保證設備故障的在線排除,從而消除事故隱患。
          2.4 控制系統軟件的可維護性要好。尤其是以下幾個方面:程序及軟件的穩定性好,不會出現系統或單個控制器死機等問題;系統自診斷性好:控制器及IO信號有出錯報警;人機交換友好:可以在線修改程序及下裝;備品備件有可靠保證:在15年內采購容易且周期短,價格低;功能是否強大??刂葡到y的軟件的可讀性好,其組態功能塊的種類是否能輕易實現DCS控制系統的各種工藝功能的需要。
          另外,在DCS控制系統選型時,還要充分考慮到以下各個方面:為了確??刂葡到y的安全可靠性,該投入資金不能少,以充分發揮DCS技術優勢。比如,控制器對數不能太低,以便于控制功能分配的合理分配;I/O模塊的數量要合理,以便在分配IO通道時既可以避免重要信號的過度集中,以確保各I/O模件的余量合理等。
          3、施工工藝和質量
          對DCS控制系統的安裝有嚴格規定,尤其是對于改造系統,選擇有良好資質和施工經驗,最好有改造經驗的施工單位尤其重要??刂葡到y選型一旦確定后,施工單位的技術人員要一同介入控制系統設計,出施工圖、制定施工措施和進行技術培訓等,工程開工前,必須根據工期要求,制定嚴格的進度計劃,并要求施工單位組織好安排力量,拿出他們的施工方案。在DCS控制系統安裝\調試施工中尤其注意以下問題:
          3.1 施工中要注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的可靠接地,同時對孔洞等必須做防火處理,盤柜等要有防振動措施。
          3.2 敷設電纜時尤其要注意強電弱電分開,屏蔽線的可靠接地和抗干擾。在布線過程中一定要按照設計圖紙(一定已交專人認真審核),照圖施工,在接線中,電纜及芯線標記要清晰完整,能長期保持;壓接端子必須用預絕緣管裝端頭處理。
          3.3 要嚴格控制電子設備間的環境條件,注意搞好消防、空調、通風及照明等工作。尤其要提的是通風和空調,由于DCS控制系統度溫度要求嚴格,所以應盡早將空調系統投入運行,中央空調時出風口的不能正對機柜或DCS其他電子設備,以免冷凝水滲透到設備內造成危害;同時,電子卡件決不允許有粉塵進行,所以,要求電子間能一直保持環境清潔和濾網干凈,注意除濕和調整好溫度。
          4、程序設備和調試驗收
          在程序設計和驗收過程中,要充分調動全體員工的積極性,使大家盡可能多地和新的DCS控制系統進行了解、熟悉和掌握。在組態和驗收中,要特別注意以下問題:
          4.1 在程序組態設計中,一定要采用保障機組安全運行控制策略。保護或連鎖的邏輯判據必須是充要的。對汽輪機轉速、汽輪機潤滑油壓力等,宜采用硬接線保護和軟件保護相結合,建議采用常閉信號,以確保保護的可靠投入;對重要的三取二保護信號,要采用模擬量和開關量進行組合,在保證重要主設備安全的前提下,建議盡可能采用常開信號,以避免保護的誤動作。
          4.2 在控制系統選型、設計、測試、驗收、投入運行和在線調整各階段,程序設計和測試人員一定要全程參與,要結合類似控制系統使用中存在的問題,嚴格審核保護控制邏輯設計和組態的合理性,測試中一定要全面測試所有的回路。要仔細記錄各次檢查和試驗結果,若發現與軟件相關的問題要立即與供應商取得聯系,并將情況完整地反饋給他們以盡快解決問題。
          4.3 要有必需的后備手段:重要的保護和聯鎖,出了有通訊連接外,還必須具有硬接線方式;對重要的調節設備,除了在操作員站上有軟手操外,還必須有后備手操,以便在DCS控制系統控制器或I/O模件發生故障時,仍然可以對重要設備進行及時干預。
          4.4 對程序員要加強管理,采用授權制,且任何人改動程序都必須履行相關審批手續,并做好異動前后的記錄。對重要調節系統的PID參數和閾值檢測塊等必須有記錄,在優化調節參數過程中,必須實行監護制度,并在修改參數后及時進行試驗,以免留下安全隱患。
          5、人員管理和技術培訓
          無論是新控制系統投運還是舊系統改造,DCS控制系統選型一旦確定后,在進行系統搭建、硬件測試和和程序組態前,必須對有較強實踐經驗的熱控工程師和運行操作人員進行相關的培訓工作,培訓工作必須以仿真機和實際系統相結合,做到有的放矢。
          5.1 對操作人員的培訓:由于操作不當可能影響DCS硬件或軟件性能,會間接影響機組的安全行和經濟指標,所以在DCS做畫面過程中要廣泛征求運行人員的意見,讓他們參與熟悉設計和調試,以讓他們充分熟悉控制界面(畫面)的操作變化,知道如何操作。對啟停設備、手/自動切換等日常性操作和事故情況下的事故干預,應編制完整的操作規程,進行技術培訓和演練,要充分利用DCS控制系統調試階段對相關運行人員進行全面培訓。
          5.2 對熱控人員的培訓:對熱控人員的培訓要注意各有所長,由于現代DCS控制系統涉及的知識面很廣,要短時間進行全面掌握是不可能的。所以要充分考慮熱控人員文化素質和業務水平的差異,優先對多位熱控6、工程師進行不同方面的比較深入的培訓。通過培訓,使他們能在DCS控制系統的搭建,網絡通訊的建立、硬件的測試和驗收、程序組態的設計、控制回路的測試和調整等工作中逐步擔起重任。同時,要充分利用設備調試及分步投運過程中出現的問題,要求他們在供應商的協助下,能結合技術手冊,進行分析、判斷和解決。在此基礎上,這些熱控工程師向其他人控人員進行“在線”培訓。對于控制系統的管理,需特別提醒:在機組運行的情況下,應盡量避免在線修改組態和重要參數,若實在是必須進行組態修改及下載時,要作好事故預想,落實各項安全措施,并完善相關報批手續。
          結束語
          DCS控制系統在發電廠的廣泛應用使得現代電廠的自動化水平躍上了新的臺階。在工業實踐中,控制系統出現問題是正常的,但我們工程技術人員有責任和義務使控制系統盡可能少地出現嚴重影響安全的問題。對于控制系統多次出現的問題,我們要多分析,勤總結,尋找問題的共性,并有針對性地采取措施進行改進。由于本人知識面不廣,經驗也有限,加之時間倉促,文中的表述欠全面和完整,歡迎批評指正。希望能拋磚引玉,和廣大DCS技術人員加強溝通和交流,互相取長補短,使DCS控制系統能更好地為安全經濟的電力生產服好務。


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