DCS的可靠性分析

　　摘要：因为很多机组都采用了DCS，使得自动化水平极大的提高了，也使得我们对它产生了依赖，所以必须保证它*。本文通过分析DCS系统存在的弱点，提出提高DCS可靠性的途径。
　　
　　一、概述
　　
　　随着机组DCS的改造以及新上机组全部采用DCS，机组自动化水平有了极大的提高，运行人员对自动控制系统的依赖性越来越大，如果系统中出现故障，要求安全保护必须可靠，否则，不但使设备受到损失，还会危及人身安全，而且停机少发电量的损失也会远远超过控制系统本身的价格，所以DCS系统必须保证长期稳定的*运行。为此，必须对现有的系统进行可靠性评估，针对存在的弱点加强维修工作，确保机组安全运行。
　　
　　二、可靠性有关指标
　　
　　2.1电子产品的失效率
　　
　　热控设备主要由电子元器件、线路板、引线、开关等部件构成。其中线路板加工工艺、引线、电子元件工作寿命对热控设备可靠性起主导地位，其中以电子元件工作寿命长短为zui，即失效率。
　　
　　失效率是指系统运行到t时刻后的单位时间内发生故障的系统数与时刻t时完好的系统数之比。用λ（t）表示，单位是时间的倒数1／小时。电子产品失效率λ（t）与时间t的关系如图所示。
　　
　　该曲线分成三部分,*部分为早期失效期,这一时期内引起产品失效的主要原因是生产、安装、调试过程中的缺陷造成的，随着检修处理掉这些缺陷，一般用不上一年这种情况迅速减少。
　　
　　第二部分为偶然失效期，其中λ（t）很小，这一时期也称为寿命期。电子设备一般都经过适当老化处理，可以很快渡过早失效期而过入偶然失效期，这时期可以持续很长的时间。
　　
　　第三部分为耗损失效期，这一时间内产品已经达到其寿命，失效率迅速上升，对于电子产品如电容时间长，电解质干涸，电阻老化等一个不值钱小的元件可以使一个系统失效。我们研究可靠性指产品在偶然失效期的可靠性指标。　　
　　2.2平均寿命、平均维修时间、利用率。
　　
　　一般来讲产品的平均寿命是其失效率的倒数，用m表示m=1/x如果系统故障是可以修复的，则其寿命m代表平均故障间隔时间，简称MTBF。对可修复的系统还有一个重要的可靠性指标，即平均修复时间，简称MTTR。MTTR是一个统计值，仪表远远小于MTBF，是一段很短的时间，不同人、不同技术水平的修复同一故障所用的时间不一定一样，所以只能通过试验和经验确定。
　　
　　利用率是可修复产品的一个可靠性指标，A=MTBF/（MTBF+MTTR）也就是说利用率是产品正常工作的时间占总时间的比率，为提高利用率，一方面要尽量提高产品的MTBF，另一方面要努力减小产品的MTTR。
　　
　　三、热控系统的可靠性分析
　　
　　从热控系统的使用情况来分，系统可简化为串统和并统。可靠性逻辑功能图如下：　　
　　串统中：系统中任何一个单元的失效都会导致整个系统的失效。　　
　　并统：在并统中多个单元独立完成同一功能，只有其中一个单元能正常工作，系统就能正常工作。并统可以提高系统可靠性，理论上并联单元越多，可靠性越高。
　　
　　注意：可靠性逻辑的串、并联图，不同于电路上的串、并联关系是两个不同的概念。假设一块电路版上的电源回路与地之间并联四个滤波电容，从可靠性关系上看，其中任何一个电容失效均导致短路，从而使整快电路版失效，这样，可靠性逻辑图应为串联形式。
　　
　　3.1串统的可靠性分析
　　
　　DCS系统是由许多子系统构成的复杂系统，各个子系统是由许多不同功能的模块构成，构成系统时还必须有网络，因此在分析DCS系统的可靠性时必须从模块、网络的可靠性入手。
　　
　　在每个模件上，不管内部元件的物理连接如何，通常任何一个元件失效都会导致整个模块失效，从可靠性角度上看模件是由板上所有元件和安装点组成的串统。一块模板的可靠性就可以表示为板上所有器件的可靠度的乘积，即：
　　
　　Rc（t）=∏Ri（t）（1）
　　
　　式中：n为
　　
　　模板上元器件数，Ri（t）为相应元器件的可靠度，经过换算，该模板的MTBF可表示为：
　　
　　MTBFc=1/x=1/∑λi（2）
　　
　　经过大量试验得到许多常用器件的λ值。而一个模板是由许多分立的器件组成，一个模板的MTBE的大小与组成它的分立元器件的数量成反比，数量越多，寿命越短。
　　
　　我们以一套简单自动调节系统为例来分析，以高加水位为例。经过利用公式（2）计算我们大概知道以下模板和器件的λ值　　
　　经过粗略计算这套简单的调节系统的MTBF=1.3年，一套*的系统，MTBF这样低，叫人有些接*。理论讲越简单的设备故障越低，这里我们需要澄清一个问题，一个系统的保护装置越多，那么保护设备的故障率就越高，是不是为了提高系统可靠性，减少保护设备套数，不是这样。保护的作用是在设备出现故障的情况下，保护设备避免受到更大的损坏，保护功能越多设备出现故障后的损失就越小。这要求我们加强维护，科学管理。我们必须制定了关于机组DCS系统维护的有关规定，以及DCS系统工程师站管理规定，目的就是要规范我们的维护工作。　　
　　3.2并统可靠性分析
　　
　　并统可以提高系统可靠性，理论上并联单元越多，可靠性越高。2个单元并统的:
　　
　　MTBF=∫Rc（t）dt（3）
　　
　　如果：两个系统的λ1=λ2=λ公式（3）可以简化
　　
　　MTBF=3/2λ
　　
　　同样：3个单元并联时的:
　　
　　MTBF=11/6λ
　　
　　由此可见，2个单元并联时可以将系统MTBF提高1/2，3个单元并联只能将系统的MTFB再提高1/3。从可靠性和经济型考虑，采用2个单元并联比较合适。
　　
　　四、影响DCS系统的因素
　　
　　通过以上分析，我们从中可以发现影响整套系统可靠的因素比较多。影响一个设备、一个元器件、一套系统的可靠性，除了本身的质量工艺外，外部因素也非常重要，如环境温度、震动、湿度、电磁干扰等。下面就影响系统可靠性的各个因素，我们进行分析、确定，影响系统可靠性的关键因素。
　　
　　4.1内部因素
　　
　　系统内部因素指系统本身的各种缺陷，如：远见失效，电路开路，电容短路等，有时包括元件设计的问题。
　　
　　元件是构成系统的zui小单位，也是系统可靠性分析的zui基本点和起点。每个生产厂家在制作设备时充分考虑到这一点，一般需要进行元件老化，元件的筛选，元件电器特性的选择，带伏负载能力等工作，才进行设备合成。同时注意工艺，等等这些问题无需我们考虑。因为，做为用户来讲只是使用，一个模件已制作好了，我们不可能改变它的内部构成，该什么样就什么样，所以影响系统可靠性的内部因素留给生产厂家考虑。但我们必须了解，一个设备、一套系统的偶然失效期，当我们认为这设备到了偶然失效期，就应该进行状态检修或状态更换，做好预防工作，避免系统出现大的故障。偶然失效期是一个统计数据，需要我们做细致的工作进行大量的数据累计，得出适合热控系统不同设备的偶然失效期。这个工作比较难，如果我们有可靠的数据证明系统在某个时间区域内，将达到偶然失效期，我们设备的可靠性将会有极大的提高。
　　
　　4.2外部因素
　　
　　外部因素是指系统的可靠性受许多外部环境的影响，如环境温度、湿度，电源的波动，强烈的电磁干扰、冲击、震动，腐蚀，线路端子连接的松紧等。
　　
　　在上面我们看到一个模块的使用寿命可达30年，是不是使用29年后我们在购买备件，我们分析一个模块的使用寿命是可能寿命，不是寿命。
　　
　　4.2.1模件工作在控制室的控制柜里，冬季、夏季机组有空调，环境温度、湿度、冲击、振动影响不大，但是ACM模件工作电压是24V±5%只有±1、2V的波动值，要求比较严格，电源电压波动对于电器元件寿命影响非常大，要想提高系统控制模件可靠性应该加强对24V电源的维护工作。
　　
　　4.2.2某厂灭火保护拒动造成炉膛爆燃，该现象是由于火检板下限值自动消失，从设备本身来讲EPROM的存储器参数不会掉失，但通过测量，我们发现直流5V电源回路有交流干扰成分。这说明灭火保护拒动的根本原因是由于干扰造成的，这个干扰就是不等电位干扰。这是由于火检板内部的地于接地网的地不是共地，虽然它们之间R的阻值很小，在受到干扰时流过R的电流很小，加在电阻R的电压降也很小，当受到尖峰干扰后，流过R的电流变得很大，那么压降也会很大，形成一个高电平，一般来讲＞0.7V即认为高电压，程序存储器写入擦除命令一般都是高电平，从火检的原理图看，它在程序存储器与地之间有一个电阻，受到干扰，这个电阻上的压降增大。虽然，我们采用了一些措施，但未从根本上解决这个问题，所以这个时期我们应重点检查火检表设定值，发现异常现象及时处理，同时在停炉后检查探头电缆的屏蔽接地情况，正常要求一端接地，同时应保证放大器至大地的电阻小于1Ω。
　　
　　4.2.3某厂DEH系统突然发生负荷只能升不能降的现象，经检查DCS控制负荷减的继电器故障。有许多DCS的自动调节系统、保护系统使用继电器进行控制或隔离，由于继电器的可靠性在所有的设备中是zui低的，数量比较大。建议：
　　
　　4.2.3.1在机组检修中，认真检查继电器，发现指标下降应及时更换。
　　
　　4.2.3.2对采用开关量的自动回路，应定期更换继电器。
　　
　　4.2.3.3对保护使用的继电器，应根据动作的次数，定期更换。
　　
　　4.2.3.4根据保护、自动回路回路的重要性，控制回路动作频繁程度，对采购继电器的质量要求应有所区分，合理分配造价与系统可靠性的关系。
　　
　　4.2.4目前影响DEH安全运行的有两个问题：
　　
　　4.2.4.1新华公司的DEH控制系统±5V、±24V电源装置表面温度过高（达到50℃左右）影响元件的电器特性，影响元件的的使用寿命，系统可靠性大幅度下降，电源装置发热主要原因是设计不合理。目前我们采用了一定的措施，用电风扇直接吹电源装置，强制降温，达到了预防作用。在设计上，应将二台冗余的电源装置分开，中间留有空隙，让热量散发，避免装置台阶相互之间影响散热。
　　
　　4.2.4.2调速汽门震动大
　　
　　调速汽门的伺服阀，反馈LVOT都安装在调速汽门上，长时间高频震动造成线路磨损短路，端子排螺丝松接触不好等现象发生，这些现象造成轻则阀位无指示，调速汽门关闭减负荷，重则停机。我们针对设备所处实际情况，采取一些措施，比如在接线盒内加海绵减缓震动对线路的磨损，一周紧一次螺丝。
　　
　　影响DCS系统可靠性的因素，有内部和外部因素，内部因素主要是生产长家考虑的，但我们必须掌握偶然失效起这个概念，外部因素是我们检修维护人员所解决的。一套系统的组成是比较复杂的，我们应认真分析影响系统可靠性的因素，抓住重点，解决重点，这是提高系统可靠性的重要途径。不同的条件下，相同设备、相同系统影响其可靠性的重要因素也不会是一致的，这需要我们认真分析，区别对待。
　　
　　五、提高系统可靠性的途径
　　
　　在上面论述中实际已经提出了一种解决系统可靠性的途径，如何查处影响系统可靠性的因素，进行控制，另一个是提高平均修复时间MTTR。要提高平均修复MTTR有二种方面。
　　
　　5.1检修人员提高对系统的熟悉程度
　　
　　对于用户来讲，如果对系统所采用的技术比较熟悉，则使用、维护时就不易出现误解，不易导致出现误操作，从而提高系统的可靠性。这一点实际是对我们技术水平的要求。机组DCS的改造后，热控设备技术有了质的飞跃，通过一段时间的学习，我们对DCS的熟悉程度、了解程度有了很大的提高。如果我们通过各种方法进一步提高我们对DCS的熟悉程度，对提高DCS可靠性有很重要的意义。
　　
　　5.2备件
　　
　　在上面论述中我们强调的是尽量防止系统出故障，无论我们采取多少措施保证系统*是不可能也不现实的。本着事实求是出发，我们应该承认系统有发生故障的可能。一旦发生故障，我们应该在zui短时间里消除故障，保证系统安全可靠运行。消除故障，首先我们的人员应该具备相应的技术水平，能查找出故障点、查出故障原因，同时我们的人员具备修理能力。就DCS系统来讲，很多设备修复很困难，除非有检测系统，从这点看要求我们有相应的备品、备件。
　　
　　六、结束语
　　
　　通过对DCS可靠性分析，有许多的具体工作需要做。只要认真分析出影响系统可靠性的重要因素，制定相应的预防措施，那对提高设备可靠性有极大的帮助。