電廠DCS控制系統的可靠性和抗干擾性研究

葛錚

【摘 要】在科學技術不斷進步的過程中，計算機技術被廣泛應用于電力行業中，同時也促進了國民經濟的增長，電力部門也加強了對計算機技術的應用研究。目前，計算機DCS控制系統在電廠中獲得推廣應用，電廠的安全穩定也取決于DCS系統的可靠性和抗干擾性，為了促進電力行業的發展，必須提高DCS控制系統的穩定性。本文結合DCS控制系統的可靠性和干擾的形成，提出了影響DCS控制系統的主要因素，論述了提高DCS控制系統穩定性的方法。

【關鍵詞】DCS控制系統 可靠性 抗干擾性

隨著電力產業的發展，加快了DCS控制系統的推廣和應用，提高了電廠的工作效率。但是在實際運行過程中，DCS控制系統的穩定性將對電廠的安全產生影響，在分析DCS控制系統故障的過程中也面臨著一些困難。為了保證電廠的安全穩定運行，必須結合DCS控制系統的運行實際，提高可靠性，及時處理系統故障。

1 DCS控制系統概述

DCS即分布式控制系統，借助計算機技術、通信技術和圖像顯示技術發展起來的一種集中式電力控制方法。傳統模式中的DCS系統主要應用PLC進行數據采集，進而實現系統控制，電廠中的DCS系統有一定的差異，它整合兩種以上的功能，結合電廠的實際運行狀況對不同的結構部件進行控制。由于控制層面的不同，一般將DCS控制系統分為過程級、操作級和管理級。其中過程級包含過程控制部分、儀表系統和I/O單元，是整個DCS控制系統的核心。操作級主要包含系統的操作站和工程師站，用于系統中不同結構部件的操作，在電廠的控制中，操作級主要對內部系統的不同部件進行組合和控制。管理級主要是電廠的信息管理部分，可以借助電壓、電流和運行時間的記錄實現系統分析，為設備的可靠運行提供重要的依據[1]。

2 DCS控制系統的可靠性和干擾

在人們生活水平不斷提高的同時，加大了對電力資源的需求量，DCS控制系統獲得了廣泛的應用。由于電廠企業注重安全生產和質量效益，這就使得DCS控制系統的可靠性研究成為工作重點。DCS控制系統在電廠運行中發揮著重要的作用，保障電力系統安全運行的同時，提高了電廠的自動化水平。但是DCS控制系統的可靠性關系著電廠的安全運行，必須在電力產業的發展過程中認識到這一問題。

在DCS控制系統受到干擾的情況下，電廠的安全性和穩定性也將受到影響。DCS控制系統的干擾主要受到干擾源的影響，干擾源分為外部干擾和內部干擾。外部干擾與控制系統本身無關，主要受到自然環境和工作環境的影響，自然環境包括環境溫度、空氣濕度和雷電等，工作環境因素包括電磁場、大功率電器和無線電波等。內部干擾主要由系統內部和設備在運行過程中產生的干擾，例如電源運行中的干擾、系統震蕩過程中的干擾、地線電位差的干擾和元器件本身的干擾等，內部干擾與系統設計和設備的性能有關[2]。

3 DCS控制系統穩定性的影響因素

目前，DCS控制系統在電廠運行中獲得了廣泛的應用，但是電廠的安全穩定也會受到DCS控制系統穩定性的影響，影響DCS控制系統穩定性的影響因素主要包括然間部分和硬件部分。

3.1 DCS控制系統軟件的影響

目前的DCS控制系統軟件應用還不夠成熟，軟件的開發過程也比較換慢，最終導致DCS控制系統的應用效益并不高。當系統軟件升級過程中出現問題時，將會直接影響到DCS控制系統的安全，例如控制器程序出現故障、控制模塊的輸入輸出問題、歷史存儲數據異常等。另外，如果DCS控制系統與電廠中的其它模塊連接不穩定，也會影響到系統的穩定性和可靠性。

3.2 DCS控制系統硬件的影響

在DCS控制系統的硬件設計方面依然面臨著一些問題，導致系統的控制卡件存在故障。系統故障與控制卡件的抗干擾能力和控制器功能的配置等有直接的關系。DCS控制卡件選用浮空的接地措施，如果控制卡件的電源接地后使執行部分的信號傳輸工作正常，一般執行部分的信號選用二線制傳輸，在大量的靜電集聚之后很容易對系統造成電磁干擾，電磁干擾也成為DCS控制系統中的重要影響因素。為了保證控制系統的抗干擾能力滿足要求，可以在電纜的安裝過程中按照一定的順序進行排列，同時保證電纜遠離溫度較高的環境，避免電纜受損。在控制系統設計的過程中，需要重視對系統配置的優化，提高控制部分處理信息的能力，為了避免控制功能的危險集中，需要選用科學的保護系統。如果控制器的數量不足時，可以結合實際配置情況增用控制器，實現對系統功能的合理控制[3]。通常情況下，室內環境溫度會對系統電子元器件的工作產生影響，DCS控制系統的可靠性也會降低，如果空氣濕度較低，系統在運行的過程中就將會產生大量的靜電，影響計算機設備的運行。如果空氣中存在灰塵，磁盤部分和接插件部分將會受到影響，甚至造成機械損傷，嚴重時出現短路問題。

4 DCS控制系統的應用分析

4.1 應用案例

某發電公司總裝機容量大1040MW，電廠中應用了2臺100MW機組，編號#1和#2，此外還有4臺210MW機組，編號#3、#4、#5和#6。該電廠自2007年-2009年間，共出現大型故障36例，其中被迫停機22次，對故障總結后發現，只要其中一臺機組出現故障，其它機組都會被迫停機。在檢修的過程中遇到較大的困難，主要表現在電纜較復雜，原有的控制系統無法滿足擴展的要求，仍然只能采用儀表控制的方式，相關設備的使用周期不長，增加了系統的故障幾率。為了跟上電力系統的發展，該公司在2010年首先對故障率較高的#4機組進行DCS系統改造，應用中國電力科學研究院江蘇大志公司生產的EDPF-NT分散控制系統，改造后系統運行良好，后對#1、#2、#3、#5和#6號機組進行了改造，所有機組全部實現了DCS控制，運行過程中發現故障率大大降低，其中一臺機組出現故障時，其它機組可以正常運行，提高了發電質量，促進了經濟效益的提高。

4.2 優勢總結

DCS控制系統的應用解決了故障集中的問題，其中的微處理器只承擔較小范圍的控制，某個微處理器出現故障時不會影響整個發電系統的工作。控制系統減少了大量的電纜，方便檢修工作的開展，提高了控制系統的靈活性和可擴展性。系統中加強了對實時參數和歷史數據的管理，可以隨時查閱系統故障，這是傳統儀表控制方法無法實現的。

5 提高DCS控制系統穩定性的方法

5.1 引進先進的系統，提高系統可靠性

在系統設計過程中，必須考慮到后期運行的可靠性和抗干擾性，對電源和控制器等進行規劃配置，保證系統接地設計的合理性。從而保證系統信號傳輸的可靠性，保證電源信號的變化在系統允許的范圍內。在控制器分配的過程中，應該選用多臺控制器聯合工作，在一臺控制器出現故障后，不會對系統產生較大的影響。由于系統接地部分會影響DCS系統的抗干擾能力，必須保證不同電纜之間有一定的間距，避免電纜受到溫度的影響。

5.2 選擇抗干擾性設備

（1）應選用抗干擾能力強的產品，綜合考慮系統的電磁兼容性和工作能力，必要時可以采用浮地技術，提高產品的隔離性能，避免不同的大功率設備之間造成影響。在詳細掌握生產廠家給出的抗干擾指標后，結合系統的差模擬制比、共模擬制比和耐壓能力等，合理規劃磁場強度和設備功率。（2）保證控制系統的硬件部分具有較高的可靠性，電子元器件可以實現多次拔插，在結構方面可以采用冗余技術。（3）積極關注DCS系統在電廠中的應用實際，優選業績較好的控制系統。

5.3 系統安裝過程切斷干擾途徑

嚴格遵循技術規范對電源進行布置，電源供電的穩定性會直接影響到信號的采集和通訊傳輸，必須保證通訊電源變化符合規定要求。DCS系統一般采用冗余供電的方式，選用不同ups電源為系統供電，采用電源冗余配置的方法可以保證在一路電源斷電的情況下系統仍然正常運行，保證監視系統可以正常工作，DCS測量系統的220V、24V和5V電源按照要求進行調整[4]。DCS系統功能和結構差異不大，控制總線的分配將直接影響控制器的運行能力。控制器數量較多，需要傳輸的信號就越多，系統比較分散，存在的故障也會越多。控制器數量較少，單臺控制器的負荷將越高，系統安全受到一定的影響。在設計過程中必須在保證正常運行的前提下選擇盡可能少的控制器，針對主要控制器，采用冗余配置，嚴格遵循保護原則均勻分配負荷，將控制器的負荷控制在50%以下。為了提高系統的抗干擾能力，需要做好系統接地和電纜敷設工作，必要時可以降低接地電阻，排除系統故障。電纜必須按照分層布置的要求，強弱電的走向分開，避免相互干擾，系統中應用的屏蔽線可靠接地。

6 結語

本文結合DCS控制系統的介紹，提出了控制系統穩定性的影響因素，論述了提高DCS控制系統穩定性和可靠性的方法。DCS控制系統的可靠性和抗干擾性直接影響著電廠的安全運行，提高了控制系統的可靠性和抗干擾性，將有助于機組的高效運行，降低設備的運行維護成本。在提高控制系統可靠性和抗干擾性的過程中，需要將理論聯系實際，技術人員不斷鉆研，提高自動化控制水平。

參考文獻：

[1] 高軍禮，鄧則名，陳瑋 等.基于可靠性預測的DCS選型方法的研究[J].華南理工大學學報（自然科學版），2011（4）：91.

[2] 白會賢，牛玉廣，劉吉臻 等.DCS電源供電系統的可靠性定量分析[J].自動化儀表，2009（7）：191.

[3] 路永宇.提高DCS運行可靠性的措施[J].化工自動化及儀表，2011（8）：103.

[4] 王建鋒，羅振新，薛鵬 等.影響DCS可靠性的因素分析[J].華東電力，2013（4）：109.