DCS控制系統模件冗余電源的實現

夏瑩 張利斌

摘 要：隨著我國智能化科技的發展，冗余技術被廣泛地運用到各種系統當中，其中在常見的DCS控制系統當中，冗余技術得到了充分的展現，本文將著重強調DCS控制系統當中冗余技術的技術要點以及著重分析冗余電源在DCS控制系統當中的實際運用。通過對這種冗余技術的合理化應用，以達到增強系統設備或者是計算機的可靠性與安全性的目的。

關鍵詞：DCS控制系統；冗余電源；技術要點；實際運用

冗余電源一般指的是，當設備開始工作的時候，其中一個電源提供電能，另外一個電源作為備用電源，假如其中一個電源出現一定問題不能夠正常工作的時候，另一個電源馬上結束休眠狀態投入供電工作當中。冗余技術的方法不是單一的，而是多種多樣的，主要有元件級，部件級和系統級。如果用冗余的程度來進行區別劃分的話，又可以細分為1：1冗余，1：2冗余，1：n冗余[ 1 ]。

一、簡述冗余電源在DCS 系統當中的運用

如果說水是生命之源，那么冗余電源就是這個DCS控制系統的動力源泉。如果電源發生故障，那么整個控制系統，都會突然中斷甚至崩潰，造成不可忽視的影響。所以，為了在使用過程當中，控制系統能夠長期、穩定、可靠的運行，保持充足的供電是非常有必要的。

一般情況下，在DCS控制系統當中，典型的JX-300X型控制系統采用的冗余電源就是可熱插拔的，當時使用這種冗余電源進行正常工作的時候，共有兩臺電源，每臺電源各出一半的功率。那么，每一臺電源都處于負載很輕的狀態，那么這樣就有效保持了電源的穩定。如果出現意外，其中一臺電源發生了故障，那么屆時另外一臺電源就會立馬接替它的工作，并且發出警報。運用這種冗余電源的技術，在大型設備的維護當中是非常可行有效的，如果發生了故障，維修的時候也不會對系統的正常運行產生太大的影響。

二、冗余技術在DCS 系統運用中的要點分析

（一）信息的同步技術

在合格的冗余電路當中，一般都有與之相匹配的信息通訊電路。工作方式采用“熱備用”的方法，相當于是準備兩個工作設備，其中一個主要的功能就是實現對系統數據的采集，并且對采集的數據做出運算分析，在此過程中合理的控制輸入輸出，進行網絡通訊等功能[ 2 ]。而自然而然留下的另外一個工作設備，它的功能主要就是對前面那個一直處于工作狀態的設備進行監督跟蹤，并且把它的工作狀態實時同步到計算機上面。兩個設備因為冗余控制電路的關系，一直有序的工作著，保證輸出功率與輸入功率的特性的統一，雖然對于使用用戶而言，這種設備相當于看成是一個統一的部件，但是在實際的設計操作當中，它往往具有非常復雜的內部環境，設計步驟相當嚴格，每一步都不可或缺。在保持“瞬時記憶”方面，信息的同步技術發揮了非常巨大的作用。

（二）故障的檢測技術

人們之所以運用冗余電源，主要還是為了使故障得以有效的解決，所以，哪怕運用了冗余電源，依然有可能使系統發生其他方面的故障，所以，一個強而有力的故障檢測技術是非常有必要的。而且這種檢測系統必須沒在線檢測系統。發現故障，并且定位故障，從而隔離故障，當然在此過程中，故障報警是一直存在的。故障的檢測范圍主要包括，數據總線，數據通訊鏈路，微處理器，和電源等。當進行故障診斷的時候，有些設備能夠對于自身部件進行故障自診，還有就是接受不同工作任務的相同設備進行故障互檢。（工作設備與備用設備之間的互相檢查）

（三）故障的仲裁技術

通過故障檢測技術發現了問題部位，我們還是要對發生故障的部位進行分析和修護。其中修復的第一步就是為了確保系統的穩定進行，切換工作狀態，運用冗余備用部件的時候，必須要保證快速，安全，準確的切換。然后再對發生故障的部件進行維修，補換。只有這樣快速的切換才能夠有效防止外部控制對象突然失去控制或者是檢測的信息突然失效的等等意外情況的發生，所以在切換“工作”與“休眠”兩種狀態的時候，果斷的“仲裁”是非常有必要的。

（四）熱插拔技術

系統的修復一般是需要一定時間的，但是保證冗余系統高效可靠的進行，縮短平均修復時間這個行為必須加快進行。在系統設計上，我們也應該加強提高單元的可修復性，獨立性及故障可維護性[ 3 ]。冗余技術當中，實現故障部件的在線維護及其障礙部件的更換，占領了重要的技術成分，這兩點也是快速修復技術的關鍵所在。在保證不中斷系統正常運行的情況下，部件的熱插拔功能可以使相關設備在增加或者更換組件的時候，仍然使系統保持平穩運行。

（五）故障的隔離技術

在進行冗余部件設計的時候，應該使各個部件都盡可能的分離開來，盡可能的做到各個部件之間互不影響，或者影響甚微的效果。這樣不僅有利于工作的正常運行，而且，當遇到意外故障發生的時候，維修的時候也更好地確定故障部位，而且在維修的時候也能夠避免對其他正常部件進行不必要的更換，或者是更換錯誤。在此過程中，故障的隔離技術就顯得尤為重要了。

三、總結

在DCS系統當中，我能夠知道直觀的了解到冗余技術的各項應用，比如，主控制卡的冗余，電源系統的冗余，網絡系統的冗余，冷卻系統的冗余，以及信息冗余等等，但本文主要詳細分析了電源冗余在DCS系統當中的運用，但是各種冗余應用之間的聯系都是非常緊密的，舉一反三非常有必要。其中本文所介紹的信息的同步技術，故障的檢測技術，故障的仲裁技術，熱插拔技術，故障的隔離技術等都是冗余技術當中有一定地位的技術。相信閱讀本文之后，大家都對此有了一定的概念框架。冗余電源的技術開發還在持續不斷的進步當中，相信在不久的未來，不僅是冗余電源這一項應用，冗余技術也會在越來越廣泛的領域當中被運用起來。

參考文獻：

[1] 于灝，張偉剛，運乃元.DCS控制系統模件冗余電源的實現[J].科研，2016（7）：00127.

[2] 楊鵬玉，李業君.DCS控制器子系統冗余的改進與應用[J].油氣綜合利用工程，2015（4）：27-32.

[3] 姚恩德，葉非.集散型控制系統冗余方式的探討[J].自動化儀表，2013，20（4）：21-30.

作者簡介：夏瑩（1981-），女，江蘇泰州人，漢族，碩士，講師，研究方向：電子與電氣技術；張利斌（1988-），男，漢族，遼寧喀左人，本科。