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DCS系统的可靠性研究及现场条件

2012-09-24 01:50
蓝林笑生
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  一、前言

  分散控制系统(DCS)的主要作用是对生产过程进行控制、监视、管理和决策,因此必须具有很高的可靠性,才能保证工厂的安全、经济运行。随着大规模计算机系统和计算机通信网络的不断发展,可靠性问题己经成为一个十分重要的问题,其理论也在这种形势下不断地发展和完善。可靠性技术的研究内容大致分为四个方面:可靠性设计、可靠性分析、可靠性试验、可靠性管理。

  二、DCS系统的可靠性措施

  在DCS系统中,采用了许多提高可靠性的技术措施。这些技术措施是建立在以下四种基本思想上的:①使系统本身不易发生故障,即所谓的故障预防;②在系统发生故障时尽可能减少故障所造成的影响,即所谓的故障保安和故障弱化;③当系统发生故障时,能够让系统继续运行,即所谓的故障容错;④当系统发生故障时,可以在不停止系统运行的情况下进行维修,即所谓的在线维修。基于这四种基本思想,DCS系统中采用了各种各样的可靠性措施降低事故的发生及所造成的损失。

  1、严格进行质量管理和提高系统硬件水平

  为了实现DCS系统的硬件可靠,DCS系统的制造商采取了一系列提高硬件质量的措施,如对元器件进行严格的筛选、老化元器件的降额使用、充分考虑到参数变化的影响、采用低功耗元件、采用噪声抑制技术等。

  2、DCS系统现场设计的可靠性措施

  DCS出现问题后,将会有无法操作、无法监视等造成设备失控的情况出现。轻者出现设备停运影响经济效益,重者危及人身和设备的安全。所以在设计中一定要根据现场的具体情况认真的考虑系统以下几点可靠性:

  (1)电源系统

  DCS系统的供电系统是其运行的基础,电源负荷不要超过60%,以免电源高负荷运行。同时要考虑用高品质的电源,一般笔者采用UPS电源,采用两台UPS互为备用最好,一台出现故障后备用机能够无扰切换,提高电源的可靠性。UPS输入电源不要采用电气的同一母线,要根据电气厂用接线取可靠性高的不同母线段电源,这样保证电气一段母线出现问题后不会影响DCS系统的电源。DCS电源系统(UPS、电源柜等)在现场安装时要安装在满足无尘、无振动、防腐等要求的电子设备间内,同时安装完毕通电前把电缆孔封堵,以防泄漏蒸汽从电缆孔进入电源系统造成电源短路。在DCS电源上电后,要在UPS、电源柜等设备上挂“设备带电运行禁止操作”标识牌,更不准可以在DCS电源系统上接入与DCS系统无关的负载,如检修电源、检修照明、充电设备、空调等。

  (2)冗余系统

  现场考虑人们有必要对重要的I/O模块进行冗余,同时考虑操作员站的N:1冗余结构,这样避免由于卡件或操作员站出现硬件故障造成设备停运。

  (3)采用后备措施

  ①手动后备

  对于重要的控制回路,可以采用手动后备的方法来提高可靠性。一旦自动控制失灵,用手动操作站直接进行操作,在这种情况下,手动操作站直接输出4~20mA或1~5V的模拟量信号去控制执行机构或直接接地进行设备的操作,可以手动控制生产过程。

  ②自动后备

  自动后备是采用冗余的方式设置另外一套或几套备用控制装置。当处于运行状态的自动控制装置发生故障时,备用控制装置自动投入,维持系统的自动控制。自动后备是冗余系统的一种形式,冗余有主控单元冗余、电源系统冗余、网络冗余、I/O模块冗余、操作员站冗余、服务器冗余等。运行设备出现故障时,热备设备会自动无扰的运行,同时不影响对故障设备的检修。

  3、使系统故障时处于安全状态

  DCS系统本身在工作中不断地进行在线故障检测,一旦发现故障,就将故障设备与系统隔离,使它不至于影响其他设备的正常运行。故障出现后同时会发出声光报警,维护人员根据报警的提示进行分析故障原因并尽快的处理故障,避免故障扩大。在处理过程中要做好现场的技术措施,不要轻易重启CPU,以免对设备造成扰动。如果需要重启CPU,需要与操作人员配合做好预防措施,一般DCS在CPU复位时会对模拟量输出信号进行复位,这样可以对执行器和变频器采用手动切换控制方式,执行器也可以采用断电方式或将模拟量输出卡件拔掉方式(执行器具有断信号保持功能),系统正常后将信号加到正常值后再给执行器上电和插卡件。但是一定要根据DCS本身的特点进行,有的设计中有开关量安全输出(开、关、保持等),如果用户在组态时选的安全输出是开,那当重启CPU后开关量会发出开的指令。

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