電廠之 42 冗余措施在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、.冗余措施在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用劉兆霞(山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電廠)摘要本文主要討論了河津電廠一期工程兩臺(tái)機(jī)組DCS系統(tǒng)中冗余措施的應(yīng)用問(wèn)題， 并針對(duì)目前的冗余措施進(jìn)行了歸類(lèi)與分析，對(duì)不完善的地方進(jìn)行了客觀評(píng)價(jià)，以供借鑒。關(guān)鍵詞冗余、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用The Application Of Redundancy In DCS(Author：Liu Zhao Xia)【Abstract】：The article discuss the application of redundancy in DCS system of Hejin Power Plant, gives classify and an

2、alysis of redundancy measures ,and also makes a objective evaluation about short-comings,in order to use for reference.【Keywords】：redundancy network application:243河津電廠一期工程兩臺(tái)350MW燃煤機(jī)組于2000年11月正式投產(chǎn)發(fā)電，其控制采用日本三菱公司先進(jìn)的DCS分散控制系統(tǒng)(DIASYS-UP/V),具有自動(dòng)化水平高、控制功能齊全等特點(diǎn)。到目前為止，DCS系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生一起因DCS系統(tǒng)故障而導(dǎo)致停機(jī)的現(xiàn)象。它的整

3、體設(shè)計(jì)思想是以確保安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、操作簡(jiǎn)單為基礎(chǔ)，并大量采用冗余措施，幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也充分證明了這種設(shè)計(jì)的必要性。概括來(lái)講，DCS系統(tǒng)的冗余措施可歸納為以下六類(lèi)： DCS機(jī)柜等供電電源冗余； 控制系統(tǒng)CPU冗余； DAS系統(tǒng)CPU冗余； 數(shù)據(jù)高速公路(以太網(wǎng))冗余； 6臺(tái)操作員站具有相同的功能可實(shí)現(xiàn)冗余； CCS特別重要的變送器及相關(guān)的輸入模件為雙冗余或三冗余。一、 DCS系統(tǒng)概述整個(gè)DCS控制系統(tǒng)由下列組件組成：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)、汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)、小汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MT-DEH)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS-I/O)、DAS

4、維護(hù)站、OPS工作站、EWS工作站、以太網(wǎng)絡(luò)、DCS打印機(jī)等。DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如下：SCS-2SCS-1BMS-2BMS-1AACCS-2CCS-1PQOPS-2OPS-1DAS-BDAS-AEWSOPS-3QP DCS系統(tǒng)采用雙冗余10/100M快速以太網(wǎng)(P、Q通道)，過(guò)程控制站內(nèi)部的CPU及I/O卡之間采用ARCNET網(wǎng)通訊，ARCNET網(wǎng)與以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)(GATEWAY)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于總線型網(wǎng)絡(luò)，任意過(guò)程控制站發(fā)生故障，并不影響其它控制站的正常通訊。它的硬件設(shè)備分別布置于集控室、電子間及工程師站。二、 冗余措施的應(yīng)用DCS系統(tǒng)中，從網(wǎng)絡(luò)、模件、上位機(jī)到就地變

5、送器等各個(gè)部分均不同程度地使用了冗余措施，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行，下面將從以上六個(gè)方面對(duì)河津電廠DCS系統(tǒng)的冗余措施加以分析與探討。1、DCS機(jī)柜供電電源冗余DCS系統(tǒng)所有機(jī)柜的供電均采用兩路電源，一路是交流220v電源，一路是由UPS提供的110v直流電源，經(jīng)過(guò)電源模件(DODCC04)轉(zhuǎn)化后輸出直流24v供柜內(nèi)模件及端子排。兩路電源在一路出現(xiàn)故障或一路突然斷電時(shí)，另一路電源將繼續(xù)供電，并不影響模件的正常工作，而且一路電源發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警卡會(huì)及時(shí)給出報(bào)警信息，提醒維護(hù)人員及時(shí)處理。實(shí)踐證明，電源的冗余設(shè)計(jì)大大提高了DCS系統(tǒng)的可靠性，也同時(shí)提高了整個(gè)機(jī)組的安全性能。另外，DAS維護(hù)站的兩

6、臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也采用雙冗余供電，不同之處在于交直流電源之間的切換必須通過(guò)切換開(kāi)關(guān)手動(dòng)進(jìn)行，當(dāng)所使用的一路電源斷電時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將失電，造成OPS工作站上的報(bào)警信息、事件追憶、SOE等信號(hào)無(wú)法監(jiān)視，手動(dòng)切換到另一路電源再重新啟機(jī)需要大約十幾分鐘的時(shí)間，對(duì)運(yùn)行工況的判斷、操作等造成一定的影響，這一方面將是我們今后需要該進(jìn)的地方。鑒于OPS工作站目前電源的最新改造，給我們提供了一個(gè)很好的思路，原狀是#1、#2機(jī)6臺(tái)OPS僅采用一路來(lái)自UPS 的電源，如果UPS失電，將造成非常嚴(yán)重的后果。改造后，我們把6臺(tái)OPS分成兩組，供電情況如圖所示：當(dāng)#1號(hào)UPS失電后，#1機(jī)組的OPS5與OPS6可繼續(xù)供運(yùn)行人

7、員監(jiān)視和操作，反之#2號(hào)UPS失電后的情形也一樣不會(huì)影響到運(yùn)行人員的正常操作。這樣很好地實(shí)現(xiàn)了OPS供電電源的冗余，也進(jìn)一步體現(xiàn)現(xiàn)了各臺(tái)OPS之間實(shí)現(xiàn)冗余的必要性。OPS電源改造圖示如下：改造前：#1 OPS-6#1 OPS-1#2 OPS-6#2 OPS-1#1 UPS #2UPS 改造后：#1 OPS1-4#1 OPS5&6#2 OPS1&2#2 OPS3-6#1UPS#2UPS2、控制系統(tǒng)CPU冗余：在DCS系統(tǒng)各個(gè)控制站的安裝機(jī)架上均安裝有兩塊CPU卡(D0CPU03),擴(kuò)展機(jī)架上安裝有兩塊IOC卡(D0IOC11),正常情況下，一個(gè)CPU控制(CTR狀態(tài))，另一個(gè)CP

8、U備用(STB狀態(tài))，并與控制CPU之間進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。當(dāng)控制CPU異常或故障時(shí)，備用CPU將自動(dòng)無(wú)擾切換為控制狀態(tài)，只有兩個(gè)CPU同時(shí)故障時(shí)，控制輸出值將平滑地降到安全位置。3、DAS系統(tǒng)CPU冗余：DAS即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由兩臺(tái)PC組成，負(fù)責(zé)報(bào)警記錄、性能計(jì)算、日?qǐng)?bào)表與月報(bào)表等。在正常情況下，一臺(tái)PC控制，另一臺(tái)PC備用。當(dāng)控制PC故障時(shí)，備用PC自動(dòng)投入運(yùn)行。但在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，如果控制PC發(fā)生信號(hào)源異常、網(wǎng)絡(luò)連接異常等現(xiàn)象時(shí)，會(huì)引起OPS站的報(bào)警記錄、事件追憶等無(wú)法調(diào)用，備用PC并不能及時(shí)切換至控制狀態(tài)，需要手動(dòng)切換，在短時(shí)間內(nèi)，不會(huì)影響到對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況的判斷。總之，冗余措施的應(yīng)用，很好

9、的緩解了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，為處理缺陷贏得了一定的時(shí)間。4、數(shù)據(jù)高速公路(以太網(wǎng))冗余：從上面的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖上可以看出，以太網(wǎng)由兩條通道組成(P-ch與Q-ch)。由于總線型網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅，系統(tǒng)仍可繼續(xù)工作，而性能則有所下降，但在總線出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，彌補(bǔ)的措施是可采用冗余的數(shù)據(jù)通路來(lái)改善。我廠的DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正體現(xiàn)了這一點(diǎn)。由于各個(gè)控制站或OPS等均有兩個(gè)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的通道，當(dāng)一個(gè)通道故障時(shí)，各控制站仍可繼續(xù)工作。這種情況在OPS上有比較明顯的體現(xiàn)。5、6臺(tái)操作員站具有相同的功能可實(shí)現(xiàn)冗余：我廠的OPS操作站由7臺(tái)OPS組

10、成， OPS7僅供值長(zhǎng)使用，不具有操作功能，其它6臺(tái)OPS則具有相同的功能，供值班員監(jiān)視和操作。如果一臺(tái)或兩臺(tái)OPS故障時(shí)，操作人員可在其它幾臺(tái)OPS上進(jìn)行正常操作。6、CCS特別重要的變送器及相關(guān)的輸入模件為雙冗余或三冗余：對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)特別重要的信號(hào)，變送器及輸入模件一般采用雙冗余或三冗余。例如：汽包水位、主蒸汽溫度信號(hào)等均采用三冗余，三路信號(hào)同時(shí)送到相應(yīng)的控制站，在邏輯回路中將對(duì)三個(gè)信號(hào)進(jìn)行取中值或取平均值處理，使其更科學(xué)、更有效的參與到控制中去。當(dāng)一路信號(hào)異常時(shí)，控制回路將自動(dòng)切除這一信號(hào)，而由另兩路信號(hào)參與控制，在一定程度上提高了信號(hào)的準(zhǔn)確性，也可便于檢修人員進(jìn)行處理。雙冗余的變送器在現(xiàn)場(chǎng)也較為常見(jiàn)。同時(shí)，卡件的輸入輸出通道也有一定的冗余度，避免了一個(gè)信號(hào)通道故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上總結(jié)分析，冗余措施在我廠的DCS系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。除了以上六條外，還在其它方面有