DCS系統的可靠性研究及現場條件

一、前言

　　分散控制系統(DCS)的主要作用是對生產過程進行控制、監視、管理和決策，因此必須具有很高的可靠性，才能保證工廠的安全、經濟運行。隨著大規模計算機系統和計算機通信網絡的不斷發展，可靠性問題己經成為一個十分重要的問題，其理論也在這種形勢下不斷地發展和完善。可靠性技術的研究內容大致分為四個方面：可靠性設計、可靠性分析、可靠性試驗、可靠性管理。

　　二、DCS系統的可靠性措施

　　在DCS系統中，采用了許多提高可靠性的技術措施。這些技術措施是建立在以下四種基本思想上的：① 使系統本身不易發生故障，即所謂的故障預防;② 在系統發生故障時盡可能減少故障所造成的影響，即所謂的故障保安和故障弱化;③ 當系統發生故障時，能夠讓系統繼續運行，即所謂的故障容錯;④ 當系統發生故障時，可以在不停止系統運行的情況下進行維修，即所謂的在線維修。基于這四種基本思想，DCS系統中采用了各種各樣的可靠性措施降低事故的發生及所造成的損失。

　　1、嚴格進行質量管理和提高系統硬件水平

　　為了實現DCS系統的硬件可靠，DCS系統的制造商采取了一系列提高硬件質量的措施，如對元器件進行嚴格的篩選、老化元器件的降額使用、充分考慮到參數變化的影響、采用低功耗元件、采用噪聲抑制技術等。

　　2、DCS系統現場設計的可靠性措施

　　DCS出現問題后，將會有無法操作、無法監視等造成設備失控的情況出現。輕者出現設備停運影響經濟效益，重者危及人身和設備的安全。所以在設計中一定要根據現場的具體情況認真的考慮系統以下幾點可靠性：

　　(1)電源系統

　　DCS系統的供電系統是其運行的基礎，電源負荷不要超過60%，以免電源高負荷運行。同時要考慮用高品質的電源，一般筆者采用UPS電源，采用兩臺UPS互為備用最好，一臺出現故障后備用機能夠無擾切換，提高電源的可靠性。UPS輸入電源不要采用電氣的同一母線，要根據電氣廠用接線取可靠性高的不同母線段電源，這樣保證電氣一段母線出現問題后不會影響DCS系統的電源。DCS電源系統(UPS、電源柜等)在現場安裝時要安裝在滿足無塵、無振動、防腐等要求的電子設備間內，同時安裝完畢通電前把電纜孔封堵，以防泄漏蒸汽從電纜孔進入電源系統造成電源短路。在DCS電源上電后，要在UPS、電源柜等設備上掛“設備帶電運行禁止操作”標識牌，更不準可以在DCS電源系統上接入與DCS系統無關的負載，如檢修電源、檢修照明、充電設備、空調等。

　　(2)冗余系統

　　現場考慮人們有必要對重要的I/O模塊進行冗余，同時考慮操作員站的N:1冗余結構，這樣避免由于卡件或操作員站出現硬件故障造成設備停運。

　　(3)采用后備措施

　　① 手動后備

　　對于重要的控制回路，可以采用手動后備的方法來提高可靠性。一旦自動控制失靈，用手動操作站直接進行操作，在這種情況下，手動操作站直接輸出4～20mA或1～5V的模擬量信號去控制執行機構或直接接地進行設備的操作，可以手動控制生產過程。

　　② 自動后備

　　自動后備是采用冗余的方式設置另外一套或幾套備用控制裝置。當處于運行狀態的自動控制裝置發生故障時，備用控制裝置自動投入，維持系統的自動控制。自動后備是冗余系統的一種形式，冗余有主控單元冗余、電源系統冗余、網絡冗余、I/O模塊冗余、操作員站冗余、服務器冗余等。運行設備出現故障時，熱備設備會自動無擾的運行，同時不影響對故障設備的檢修。

　　3、使系統故障時處于安全狀態

　　DCS系統本身在工作中不斷地進行在線故障檢測，一旦發現故障，就將故障設備與系統隔離，使它不至于影響其他設備的正常運行。故障出現后同時會發出聲光報警，維護人員根據報警的提示進行分析故障原因并盡快的處理故障，避免故障擴大。在處理過程中要做好現場的技術措施，不要輕易重啟CPU，以免對設備造成擾動。如果需要重啟CPU，需要與操作人員配合做好預防措施，一般DCS在CPU復位時會對模擬量輸出信號進行復位，這樣可以對執行器和變頻器采用手動切換控制方式，執行器也可以采用斷電方式或將模擬量輸出卡件拔掉方式(執行器具有斷信號保持功能)，系統正常后將信號加到正常值后再給執行器上電和插卡件。但是一定要根據DCS本身的特點進行，有的設計中有開關量安全輸出(開、關、保持等)，如果用戶在組態時選的安全輸出是開，那當重啟CPU后開關量會發出開的指令。

　　三、現場條件

　　1、現場環境

　　DCS系統一般都放在控制室內或計算機電子間內，計算機室應隔熱、防塵還需要避開強電磁場的干擾及遠離強振動、強噪音場所。計算機室的凈高宜不小于3.2m，面積宜不小于20m2(一臺計算機及其外圍設備)，室內應有電插座。地面應采用無塵、無靜電作用光滑地板，該地板宜用活動地板，下部空間高度不小于150mm。計算機室應保證室內溫度在18～25℃范圍內，溫度變化率小于5℃/h，相對濕度在45%～70%范圍內，任何情況下不許結露。當空調設備發生故障時，應維持室溫在24小時內不超過制造廠允許值。以上條件需要在DCS系統上電工作前嚴格控制，工作環境是保證設備可靠運行的基礎，若環境要求達不到要求，DCS系統在運行過程中會受到不同程度的影響，如溫度高、濕度大、震動大等都會影響DCS系統的正常運行。