范艺增
朝阳燕山湖发电有限公司，辽宁省朝阳市，122000
摘要:冗余技术在火电厂的自动控制过程中，是满足连续生产要求，提高控制系统可靠性和稳定性的有效途径。本文介绍了用于提高DCS系统可靠性的冗余技术方法，并结合应用介绍了DCS系统冗余的内容和实施要求。
关键词：DCS系统；冗余技术探讨；应用
伴随火电厂的自动化程度提高，特别是随着火电机组装机容量的增大对自动化水平要求越来越高，对DCS系统的可靠性和稳定性的要求也随之提高。这是因为它不仅直接关系到生产效率，而且关系到财产安全和生产者的生命。DCS系统通常采用冗余设计，以提高控制系统的稳定性和可靠性，合理的冗余设计大大提高了系统的可靠性。冗余是DCS系统设计中经常使用的一种可提高可靠性的技术，并且是提高系统可靠性的最有效方法之一。常见的冗余方法可以分为1：1冗余、1：2冗余和1：n冗余。在DCS系统中，它主要用于电力系统、通信网络、控制器和其他组件中的冗余。
一、提高系统可靠性的方法
可靠性是指产品在指定条件下和指定时间内完成指定功能的能力。产品通常是指任何系统、设备和组件。描述可靠性的度量参数包括故障间隔时间、故障概率和可靠性。可靠性是可靠度的定量指标，产品寿命分布有多种类型，最常见的是正态分布、对数正态分布、指数分布和威布尔分布。指数分布是最基本，最常用的分布，不仅广泛应用于电子元件的意外失效期间，而且还广泛应用于复杂系统和机械技术的可靠性领域。适用于故障率λ（t）为常数的状况，具有指数分布的常见电子设备的可靠性和故障率之间的数学关系如下：
R(t)=e-λt(t＞0)
其中，R（t）是可靠性，失效率是λ，是一个常数。通过提高DCS系统关键组件的可靠性，可以有效地提高DCS系统的运行可靠性。在工程实践中，DCS系统的关键组件（例如电源系统、通信网络和控制器）被设计为并行模型结构，以提高操作可靠性。两个或多个单元并联连接，也称为冗余结构。冗余系统仅在所有单元均发生故障时才会发生故障，模型可以分为静态冗余和动态冗余。下面介绍两种冗余方法，以提高系统可靠性。
设备的静态冗余或并机热备份系统使用硬件堆栈来达到提高可靠性的目的。可靠性框图如图1所示，这两个组件同时打开以并联方式工作。如果组件1发生故障，则系统的运行状态如： 1）如果组件2故障，则结束；2）继续直到组件2故障。所以，只要至少一个组件正常工作，系统就可以工作。
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对于动态冗余系统，可靠性框图如图2所示，这也称为冷备用系统或非工作备用系统。并行系统由完全独立的子系统组成，只有一个子系统正常运行，其余子系统处于待机状态。如果子系统发生故障，则配置的故障监视设备和快速切换开关将自动切换到工作的子系统，以确保正常的系统输出。
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二、DCS系统冗余技术应用
（一）电源冗余
通常有两种方法可以提供电源冗余。通过自动电源切换设备将2路220VAC电源供电，1路22OVAC通过自动电源切换设备发送到后续设备。如果一路电源出现故障，设备将自动切换到另一路电源，FOXBORO IA系统继电器电源和北京和利时MACSV系统配电采用这种方法，两组电源共享系统负载，每个电源模块可以承受整个系统负载。如果一个电源发生故障，则另一电源发可以承受满负荷，并且每个电源都可以确保稳定的电源。第一个方案是备用冗余，需要一套自动电源切换设备，并且在切换过程中会发生毫秒级的停电。而且，自动电源开关设备的开关时间要求相对严格。第二个方案是工作冗余的，需要两组具有相同规格和参数的电源。因为电源冗余模块是匹配的，所以每个电源模块必须能够稳定地承受所有系统负载。
（二）控制器冗余
当前，每个DCS系统控制器都使用冗余配置。两快控制器的硬件配置完全相同，并且操作系统，配置软件和配置信息相同。在冗余逻辑电路的控制下，一个在运行状态下运行（主控制器），另一个在待机状态下运行（冗余控制器）。在某一时刻，只有一个控制器接收过程信息，通过冗余逻辑控制电路执行算术处理，并成为主控制器。同时，备用冗余控制器不处于空闲状态。它运行诊断程序，监视主控制器的运行状态，定期查询主控制器的数据存储器，并接受由其发送的实时控制和运行信息主控制器。备用冗余控制器始终可以存储最新的控制数据，以确保工作/备用状态不受干扰。操作模式主控制器在控制、输出和发布实时过程信息中起着决定性的作用。如果信息不完整或报告了错误，则表示主控制器无法正常工作。冗余逻辑控制电路绕过主控制器，同时将备用冗余控制器切换到主控制器以继续运行。系统的操作不受单个控制器故障的影响，从而提高了DCS系统的可靠性。
（三）通信网络冗余
DCS控制系统具有至少两个通信网络。管理层与控制层之间的通信，流程控制层与底层I/O卡之间的通信。通信网络系统硬件包括通信媒体、交换机和通信端口。对于通信网络冗余，采用两组并行操作的通信网络。第一个是主从网络，通常与主网络通信并同时检测从网络的状态。如果主网络异常，它将自动切换到从网进行通信，检测到主网络已恢复正常，然后返回主网络通信。在正常运行期间，辅助网络（例如和利时MACSV系统M-NET网络）处于空闲状态。另一种是两组网络交替一段时间。如果一个网络发生异常故障，则另一个网络（例如HONEYWELLTPS系统的LCN网络或UCN网络）将独立承担通信任务。容错网络提供更多的通信链接和网络互连。通过增加交换机的数量，扩展了通信路径，并提高了通信网络的可靠性。
（四）服务器冗余
服务器冗余意味着使用双系统热备用模式将两台服务器分为主服务器和从服务器。所谓的双系统热备份是将中央服务器安装为两台互相备份的服务器，并且一次只能运行一台服务器。如果正在运行的服务器发生故障，则备份服务器会自动启动并快速运行，因此整个网络系统都可以正常工作。
（五）冷却系统冗余
如果风扇运行中或机柜内部温度过高，则会自动使用控制柜中的冗余风扇，这些风扇可自动切换以实时监视风扇和机柜的温度，并发出警报并自动启动备用冷却扇子。
结语：综上所述，通过采用冗余配置，DCS系统的运行不会受到本地故障的影响，故障组件的维护也不会影响整个系统功能的性能，从而可以实现在线维护，发生故障的组件可以及时修复。冗余增加了对系统的投资，从而提高了系统的可靠性。
参考文献：
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