电厂之42冗余措施在DCS系统中的应用

1、.冗余措施在DCS系统中的应用刘兆霞(山西漳泽电力股份有限公司河津发电厂)摘要本文主要讨论了河津电厂一期工程两台机组DCS系统中冗余措施的应用问题， 并针对目前的冗余措施进行了归类与分析，对不完善的地方进行了客观评价，以供借鉴。关键词冗余、网络、应用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河津电厂一期工程两台350MW燃煤机组于2000年11月正式投产发电，其控制采用日本三菱公司先进的DCS分散控制系统(DIASYS-UP/V),具有自动化水平高、控制功能齐全等特点。到目前为止，DCS系统运行可靠、稳定，没有发生一起因DCS系统故障而导致停机的现象。它的整

3、体设计思想是以确保安全、经济、可靠、操作简单为基础，并大量采用冗余措施，几年的运行经验也充分证明了这种设计的必要性。概括来讲，DCS系统的冗余措施可归纳为以下六类： DCS机柜等供电电源冗余； 控制系统CPU冗余； DAS系统CPU冗余； 数据高速公路(以太网)冗余； 6台操作员站具有相同的功能可实现冗余； CCS特别重要的变送器及相关的输入模件为双冗余或三冗余。一、 DCS系统概述整个DCS控制系统由下列组件组成：协调控制系统(CCS)、汽轮机电液调节系统(DEH)、顺序控制系统(SCS)、燃烧器管理系统(BMS)、小汽轮机电液调节系统(MT-DEH)、数据采集系统(DAS-I/O)、DAS

4、维护站、OPS工作站、EWS工作站、以太网络、DCS打印机等。DCS系统的网络结构示意图如下：SCS-2SCS-1BMS-2BMS-1AACCS-2CCS-1PQOPS-2OPS-1DAS-BDAS-AEWSOPS-3QP DCS系统采用双冗余10/100M快速以太网(P、Q通道)，过程控制站内部的CPU及I/O卡之间采用ARCNET网通讯，ARCNET网与以太网通过网关(GATEWAY)进行数据交换，其网络拓扑结构属于总线型网络，任意过程控制站发生故障，并不影响其它控制站的正常通讯。它的硬件设备分别布置于集控室、电子间及工程师站。二、 冗余措施的应用DCS系统中，从网络、模件、上位机到就地变

5、送器等各个部分均不同程度地使用了冗余措施，以实现机组的安全、可靠运行，下面将从以上六个方面对河津电厂DCS系统的冗余措施加以分析与探讨。1、DCS机柜供电电源冗余DCS系统所有机柜的供电均采用两路电源，一路是交流220v电源，一路是由UPS提供的110v直流电源，经过电源模件(DODCC04)转化后输出直流24v供柜内模件及端子排。两路电源在一路出现故障或一路突然断电时，另一路电源将继续供电，并不影响模件的正常工作，而且一路电源发生故障时，报警卡会及时给出报警信息，提醒维护人员及时处理。实践证明，电源的冗余设计大大提高了DCS系统的可靠性，也同时提高了整个机组的安全性能。另外，DAS维护站的两

6、台计算机系统也采用双冗余供电，不同之处在于交直流电源之间的切换必须通过切换开关手动进行，当所使用的一路电源断电时，计算机系统将失电，造成OPS工作站上的报警信息、事件追忆、SOE等信号无法监视，手动切换到另一路电源再重新启机需要大约十几分钟的时间，对运行工况的判断、操作等造成一定的影响，这一方面将是我们今后需要该进的地方。鉴于OPS工作站目前电源的最新改造，给我们提供了一个很好的思路，原状是#1、#2机6台OPS仅采用一路来自UPS 的电源，如果UPS失电，将造成非常严重的后果。改造后，我们把6台OPS分成两组，供电情况如图所示：当#1号UPS失电后，#1机组的OPS5与OPS6可继续供运行人

7、员监视和操作，反之#2号UPS失电后的情形也一样不会影响到运行人员的正常操作。这样很好地实现了OPS供电电源的冗余，也进一步体现现了各台OPS之间实现冗余的必要性。OPS电源改造图示如下：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、控制系统CPU冗余：在DCS系统各个控制站的安装机架上均安装有两块CPU卡(D0CPU03),扩展机架上安装有两块IOC卡(D0IOC11),正常情况下，一个CPU控制(CTR状态)，另一个CP

8、U备用(STB状态)，并与控制CPU之间进行自动跟踪。当控制CPU异常或故障时，备用CPU将自动无扰切换为控制状态，只有两个CPU同时故障时，控制输出值将平滑地降到安全位置。3、DAS系统CPU冗余：DAS即数据采集系统，由两台PC组成，负责报警记录、性能计算、日报表与月报表等。在正常情况下，一台PC控制，另一台PC备用。当控制PC故障时，备用PC自动投入运行。但在实际的运行过程中，如果控制PC发生信号源异常、网络连接异常等现象时，会引起OPS站的报警记录、事件追忆等无法调用，备用PC并不能及时切换至控制状态，需要手动切换，在短时间内，不会影响到对机组运行工况的判断。总之，冗余措施的应用，很好

9、的缓解了故障的进一步扩大，为处理缺陷赢得了一定的时间。4、数据高速公路(以太网)冗余：从上面的DCS系统结构示意图上可以看出，以太网由两条通道组成(P-ch与Q-ch)。由于总线型网络特点是当网络上的某个节点故障时不会对系统造成严重威胁，系统仍可继续工作，而性能则有所下降，但在总线出现故障时，会造成整个系统的瘫痪，弥补的措施是可采用冗余的数据通路来改善。我厂的DCS系统网络结构正体现了这一点。由于各个控制站或OPS等均有两个与网络进行通讯的通道，当一个通道故障时，各控制站仍可继续工作。这种情况在OPS上有比较明显的体现。5、6台操作员站具有相同的功能可实现冗余：我厂的OPS操作站由7台OPS组

10、成， OPS7仅供值长使用，不具有操作功能，其它6台OPS则具有相同的功能，供值班员监视和操作。如果一台或两台OPS故障时，操作人员可在其它几台OPS上进行正常操作。6、CCS特别重要的变送器及相关的输入模件为双冗余或三冗余：对于现场特别重要的信号，变送器及输入模件一般采用双冗余或三冗余。例如：汽包水位、主蒸汽温度信号等均采用三冗余，三路信号同时送到相应的控制站，在逻辑回路中将对三个信号进行取中值或取平均值处理，使其更科学、更有效的参与到控制中去。当一路信号异常时，控制回路将自动切除这一信号，而由另两路信号参与控制，在一定程度上提高了信号的准确性，也可便于检修人员进行处理。双冗余的变送器在现场也较为常见。同时，卡件的输入输出通道也有一定的冗余度，避免了一个信号通道故障而影响整个系统的现象发生。结束语通过以上总结分析，冗余措施在我厂的DCS系统中得到了广泛的应用。除了以上六条外，还在其它方面有