談火電廠DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)與故障處理

邸星杰　陳鵬　蔡延龍

摘要：DCS系統(tǒng)控制在火電廠整體生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，但在實(shí)際操作中不可避免會出現(xiàn)一定故障問題，從而影響系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，為此需要采取有效措施做好運(yùn)行維護(hù)和故障處理。文章先簡單分析了火電廠中的DCS系統(tǒng)，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能特征，隨后介紹了火電廠DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)以及故障處理策略，包括運(yùn)行問題分析、運(yùn)行維護(hù)核心技術(shù)、故障處理措施，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;DCS系統(tǒng);運(yùn)行維護(hù);故障處理

Discussion on Operation Maintenance and Fault Treatment of DCS System in Thermal Power Plant

DI Xingjie CHEN Peng CAI Yanlong

（Hydropower Plant of PetroChina Yumen Oilfield Company， Jiuquan， Gansu Province， 735200 China）

Abstract： DCS system control plays an important role in the overall production and operation of thermal power plant， but there will inevitably be some fault problems in practical operation， which will affect the operation quality of the system. Therefore， effective measures should be taken to do a good job of operation maintenance and fault handling. This paper briefly analyzes the DCS system in thermal power plant， including system structure and system function characteristics， and then introduces the operation and maintenance of DCS system in thermal power plant and thermal power plant， including operation problem analysis， operation and maintenance core technology， fault handling measures， hoping to provide effective reference for relevant people.

Key Words：Thermal power plant; DCS system; Operation and maintenance; Fault handling

0引言

火電廠是當(dāng)下社會發(fā)展的重要動力支持，關(guān)系到整個社會生產(chǎn)、生活的正常發(fā)展，隨著時代發(fā)展和科技進(jìn)步，DCS系統(tǒng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到火電廠的日常生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中，并發(fā)揮著重要作用，關(guān)系到火電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。但在實(shí)踐運(yùn)行中也容易出現(xiàn)各種故障問題，為此需要采取有效措施進(jìn)行科學(xué)處理，降低故障問題影響，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，提升火電廠經(jīng)濟(jì)效益^[1]。

1火電廠DCS系統(tǒng)分析

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DCS系統(tǒng)普遍用于工廠和生產(chǎn)運(yùn)行過程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中設(shè)置有自主控制器，通過中央操作人員進(jìn)行合理控制監(jiān)督。這一點(diǎn)和集中式控制器為基礎(chǔ)的非分布式控制系統(tǒng)正好相反，中央控制室以及中央計(jì)算機(jī)中離散控制器屬于DCS系統(tǒng)核心。DCS系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如下：第一是零級結(jié)構(gòu)，涵蓋現(xiàn)場各種設(shè)備，比如溫度傳感器和流量傳感器，同時還有控制閥這一最終控制元件。第二是一級結(jié)構(gòu)，涵蓋工業(yè)化輸送I/O模塊以及分布式處理裝置。第三是兩級結(jié)構(gòu)，涵蓋監(jiān)控計(jì)算機(jī)，可以在系統(tǒng)處理器節(jié)點(diǎn)采集相關(guān)信息，隨后由操作員對控制屏幕進(jìn)行統(tǒng)一操控。第四是三級結(jié)構(gòu)，屬于生產(chǎn)控制級別，不會對過程進(jìn)行直接控制，更為關(guān)注監(jiān)控目標(biāo)和監(jiān)控生產(chǎn)。第四是四級結(jié)構(gòu)，屬于生產(chǎn)調(diào)度級別。

1.2系統(tǒng)功能特征

處理器節(jié)點(diǎn)以及圖形呈現(xiàn)主要借助工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，于多種路由中實(shí)施雙冗余布線，從而進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)整體可靠性。該種分布式拓?fù)淠軌蛲ㄟ^設(shè)置處理器以及I/O模塊來減少現(xiàn)場布線數(shù)量。處理器在輸入模塊中對具體信息進(jìn)行接收，實(shí)施信息處理，隨后通過輸出模塊發(fā)送具體信號通知，對具體動作進(jìn)行合理控制^[2]。DCS系統(tǒng)屬于集散控制系統(tǒng)，是通過過程監(jiān)控機(jī)以及過程控制機(jī)共同構(gòu)成的將通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)連接紐帶的計(jì)算機(jī)多級操作系統(tǒng)。其基礎(chǔ)理念為分級管理、集中操作、分散控制、組態(tài)方便、配置靈活。同時DCS系統(tǒng)還擁有良好的可靠性、控制額能力以及擴(kuò)展性、可維修，系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)設(shè)備具體可以分成四種層次，分別是管理層、操作監(jiān)控層、過程控制層以及現(xiàn)場層。

現(xiàn)場層設(shè)備通常處于被控生產(chǎn)周圍，包括電動門、執(zhí)行器、各種傳感器、變送器等，其能夠?qū)⒃O(shè)備運(yùn)行中所形成的物理量包括振動、液位、流量、壓力以及溫度等順利轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號或電信號，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集站或過程控制站當(dāng)中，此外，還能夠順利將過程控制站所傳輸控制量進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移，引導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制。過程控制層可以分為數(shù)據(jù)采集站以及過程控制站兩部分構(gòu)成。其中過程控制站內(nèi)現(xiàn)場接收設(shè)備，像是變送器和傳感器所純屬的信號數(shù)據(jù)根據(jù)相應(yīng)的控制策略，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出控制量，并傳達(dá)到現(xiàn)場層執(zhí)行器內(nèi)。過程控制能夠同時實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順利控制以及連續(xù)控制等功能。操作監(jiān)控層涵蓋工程師站以及設(shè)備操作站。而操作站也是集散控制系統(tǒng)和操作人員之間的信息交互接口設(shè)備，能夠合理打印出各種畫面、曲線和報表^[3]。

2火電廠DCS系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)與故障處理策略

2.1運(yùn)行問題分析

DCS系統(tǒng)具體運(yùn)行問題主要包括以下幾點(diǎn)：第一是硬件故障，該種故障類型同時也屬于過程控制層中的運(yùn)行故障，通常是DCS系統(tǒng)以及I/O模塊損傷所形成的故障問題。該種故障問題屬于局部性的，較為明顯，而問題形成原因主要是運(yùn)行應(yīng)用時間過長、應(yīng)用操作不合理以及模塊內(nèi)部相關(guān)元件出現(xiàn)老化現(xiàn)象所形成的。假如模塊運(yùn)行環(huán)境不良，出現(xiàn)溫度過高、濕度過大以及灰塵超標(biāo)等問題，將會導(dǎo)致模塊應(yīng)用壽命的進(jìn)一步縮減。

第二是軟件故障。該種故障問題普遍是軟件自身錯誤導(dǎo)致的。通常誕生于DCS系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行階段，由于相關(guān)應(yīng)用軟件的工作量較大，程序復(fù)雜，所以無法有效避免軟件應(yīng)用中的各種錯誤問題，為此于DCS系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行中需要確保運(yùn)行人員以及熱工人員能夠堅(jiān)持認(rèn)真、仔細(xì)、負(fù)責(zé)的態(tài)度，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)運(yùn)行問題，并輔助調(diào)試人員順利解決相關(guān)問題。該種問題很少在DCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)^[4]。

第三是人為故障問題。在人工操作中存在各種形式的失誤原因，比如部分維護(hù)人員的監(jiān)護(hù)管理不足、專業(yè)水平不足以及操作錯誤等問題影響，或沒有對事故問題進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測、存在管理漏洞等。于實(shí)際操作中，還會產(chǎn)生DCS系統(tǒng)功能無法正常應(yīng)用的現(xiàn)象，主要是由操作人員操作不當(dāng)以及不熟練所形成的。為此，DCS系統(tǒng)相關(guān)生產(chǎn)廠家應(yīng)該為相關(guān)運(yùn)維人員提供有效的參考操作手冊，如果是初次應(yīng)用DCS系統(tǒng)，還需要在經(jīng)過系統(tǒng)的操作培訓(xùn)后，才能正式上崗操作^[5]。

2.2運(yùn)行維護(hù)核心技術(shù)

火電廠內(nèi)的DCS系統(tǒng)隨著科技發(fā)展，逐漸從原本的基礎(chǔ)硬件業(yè)務(wù)服務(wù)模式朝著軟件為基礎(chǔ)的增值服務(wù)方向發(fā)展，當(dāng)下正處于一種過渡發(fā)展階段?；痣姀S相關(guān)DCS系統(tǒng)發(fā)展具體分為以下幾種新型技術(shù)，分別是控件嵌入WEB服務(wù)器、移動界面、數(shù)據(jù)歷史記錄、遠(yuǎn)程傳輸、無線系統(tǒng)與協(xié)議等，工廠級別中的DCS系統(tǒng)越加集中化，擁有良好的遠(yuǎn)程設(shè)備登錄能力。促進(jìn)操作人員能夠從設(shè)備級以及企業(yè)級層面于廠外和廠內(nèi)實(shí)施合理控制，因?yàn)檫h(yuǎn)程訪問技術(shù)和無線通信技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)的全面互連。在無線協(xié)議不斷完善和發(fā)展條件下，DCS系統(tǒng)逐漸融入了無線通信。而嵌入式服務(wù)器也被應(yīng)用到DCS系統(tǒng)內(nèi)，能夠提供移動網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)。

針對DCS系統(tǒng)中的過程控制站，需要合理創(chuàng)建定期檢查制度，準(zhǔn)確判斷機(jī)柜內(nèi)風(fēng)扇是否維持正常運(yùn)行以及電源的穩(wěn)定運(yùn)行，功能燈以及冗余CPU主從關(guān)系是否正確，通訊狀態(tài)是否良好等。特別是在炎熱夏季，應(yīng)該保障空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時觀察控制室內(nèi)溫度環(huán)境。聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)狀況針對電源實(shí)施定期逆變試驗(yàn)，對蓄力電池出力狀況進(jìn)行全面觀察，對蓄電池進(jìn)行定期更換。針對過程控制柜進(jìn)行定期清灰處理，借助吸塵器及時清掃柜內(nèi)積灰，促進(jìn)CPU以及相關(guān)模塊的有效散熱。選擇適合型號開關(guān)量輸入保險管進(jìn)行替換，避免出現(xiàn)以大換小問題出現(xiàn)。針對各種熱工儀表進(jìn)行檢修拆線或變送器更換中，需要拉開控制柜內(nèi)保險栓，隨后才能實(shí)施現(xiàn)場檢修^[6]。

2.3故障處理策略

對于各種故障問題需要率先確認(rèn)屬于DCS系統(tǒng)故障還是現(xiàn)場設(shè)備儀表故障，如果屬于現(xiàn)場一次儀表故障問題，則應(yīng)該對現(xiàn)場儀表進(jìn)行全面修復(fù)，如果屬于DCS系統(tǒng)故障，則應(yīng)該準(zhǔn)確判斷是屬于軟件故障或硬件故障。如果是硬件故障，還需要準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)其中的硬件部位，并及時替換模塊，借助DCS系統(tǒng)自主診斷功能分析判斷故障位置和原因。如果屬于軟件故障，可以進(jìn)行重新啟動，觀察是否恢復(fù)正常，或?qū)ο到y(tǒng)軟件進(jìn)行重新裝載并啟動。如果屬于應(yīng)用軟件故障，則需要對相關(guān)程序、組態(tài)對應(yīng)參數(shù)進(jìn)行觀察，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)其中故障原因。

針對監(jiān)控畫面相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)以下問題，證明系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)行故障，需要第一時間通知專業(yè)維修人員進(jìn)行科學(xué)處理，除此之外相關(guān)操作工人還可以前往工作現(xiàn)場實(shí)施有效處理：第一，其中幾種變化較為頻繁的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為長時間不變狀態(tài)，同時所有數(shù)據(jù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)都沒有變動。第二是控制分組畫面內(nèi)，無法實(shí)施自動和手動切換，或在人工輸入相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，通過再次確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)重新恢復(fù)到原有數(shù)據(jù)狀態(tài)，無法進(jìn)行有效修改。第三是在趨勢圖畫面內(nèi)，數(shù)個趨勢都存在較大波動或呈現(xiàn)為直線不變狀態(tài)^[7]。

準(zhǔn)確判斷相關(guān)波動數(shù)據(jù)是否屬于工藝相關(guān)參數(shù)，如果是相關(guān)參數(shù)，需要立刻通知專門的微機(jī)人員以及儀表人員進(jìn)行全面檢查，分析其中的部分調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動是否引發(fā)其中某些參數(shù)變化，除此之外，還可以將其中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為手動狀態(tài)，在需要的條件下還可以深入工作現(xiàn)場實(shí)施有效的調(diào)節(jié)處理。

對操作站發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行全面查詢，如果操作站停止正常運(yùn)行，同時監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)始終沒有任何變化，系統(tǒng)調(diào)試失效，需要率先對系統(tǒng)相關(guān)報警提示進(jìn)行認(rèn)真檢查，判斷其是否存在閃燈現(xiàn)象，如果是閃紅燈，證明出現(xiàn)故障。隨后可以配合輔助拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對各個工作站實(shí)施全面排查分析，如果發(fā)現(xiàn)僅有此操作站產(chǎn)生運(yùn)行故障，則需要及時檢修處理。如果發(fā)現(xiàn)別的操作站同樣出現(xiàn)相同故障，需要對線路進(jìn)行合理檢查，隨后針對設(shè)備實(shí)施維修檢查。注意對控制站中的全部斷電狀況進(jìn)行合理控制，將全部控制設(shè)備分成兩路信號運(yùn)行，分別是不間斷電源系統(tǒng)以及電網(wǎng)，為此控制設(shè)備產(chǎn)生突然斷電的可能性較低，但同樣需要做好相關(guān)故障防范工作。假如監(jiān)控臺中兩個紅色報警燈全部閃爍，則證明設(shè)備斷電，該種條件下需要立刻將線路斷開連接，針對線路運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施全面檢查，并聯(lián)系設(shè)備和線路運(yùn)行狀況進(jìn)行系統(tǒng)分析。

3結(jié)語

綜上所述，DCS系統(tǒng)在火電廠中是檢測整個系統(tǒng)運(yùn)行效能和運(yùn)行效率的重要環(huán)節(jié)，借助DCS系統(tǒng)中的各種畫面信息以及參考數(shù)據(jù)，能夠針對火電廠內(nèi)各種機(jī)組實(shí)施全面維護(hù)檢查，準(zhǔn)確把握相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。假如DCS系統(tǒng)產(chǎn)生故障問題，便會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)異常停運(yùn)問題，影響系統(tǒng)正常供電，針對該種現(xiàn)象，需要針對DCS系統(tǒng)做好故障預(yù)防以及運(yùn)行維護(hù)工作。

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