分散控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)分析課設(shè)

1、分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書一、目的與要求1通過本課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容的理解和掌握；2結(jié)合工程問題，培養(yǎng)提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、相關(guān)資料以及組織素材的能力；3培養(yǎng)鍛煉學(xué)生結(jié)合工程問題獨(dú)立分析思考和解決問題的能力；4要求學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)課程的基本理論和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)工程問題和實(shí)際應(yīng)用方案的要求，進(jìn)行方案的總體設(shè)計(jì)和分析評(píng)估；5報(bào)告原則上要求依據(jù)相應(yīng)工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、制圖、分析和撰寫等。二、主要內(nèi)容1每個(gè)學(xué)生依據(jù)個(gè)人情況選擇課程設(shè)計(jì)題目；2分散控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)與安全可靠性措施綜述；3分散控制系統(tǒng)工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析；4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展應(yīng)用綜述；5基于現(xiàn)場(chǎng)總線技

2、術(shù)的工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析；6分散控制系統(tǒng)差錯(cuò)、容錯(cuò)控制技術(shù)設(shè)計(jì)分析；7工程師站、操作員站功能應(yīng)用綜述；8現(xiàn)場(chǎng)控制站工程應(yīng)用控制方案設(shè)計(jì)分析；8SOE、事故追憶技術(shù)分析綜述；9分散控制系統(tǒng)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性分析；10分散控制系統(tǒng)電源安全供電系統(tǒng)配置方案綜述。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容完成時(shí)間備注1選擇課程設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料2015年11月2日2文獻(xiàn)資料的學(xué)習(xí)根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)2015年11月3日3與指導(dǎo)教師討論設(shè)計(jì)內(nèi)容、修改設(shè)計(jì)方案2015年11月4日4撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告2015年11月5日5課程設(shè)計(jì)答辯2015年11月6日四、設(shè)計(jì)成果要求1針對(duì)所選題目的國內(nèi)外應(yīng)用發(fā)展概述；2課程設(shè)

3、計(jì)正文內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)方案、硬件電路和軟件流程，以及綜述、分析等；3課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論以及參考文獻(xiàn)；4要求設(shè)計(jì)報(bào)告規(guī)范完整按照華北電力大學(xué)課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)格式撰寫。五、考核方式分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)如下：1課程設(shè)計(jì)報(bào)告；2獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)過程的表現(xiàn)；3答辯時(shí)回答問題情況。成績(jī)綜合評(píng)定分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)等級(jí)。學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：年 月 日一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的 分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是目前國內(nèi)外工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛而有效的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，作為自動(dòng)化類本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備和掌握與此相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、概念和設(shè)計(jì)方法。本課程設(shè)計(jì)是在分散控

4、制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程結(jié)束之后進(jìn)行的一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要目的是使學(xué)生在課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，針對(duì)工程應(yīng)用問題能夠進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容的綜合分析設(shè)計(jì)以及仿真，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)也給學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐和增加感性認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)，為今后從事實(shí)際工作打下一定的基礎(chǔ)。1.2課程設(shè)計(jì)要求 1、能夠運(yùn)用所學(xué)分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)工程問題和實(shí)際應(yīng)用方案等的要求，進(jìn)行方案的總體設(shè)計(jì)和分析評(píng)估。 2、設(shè)計(jì)報(bào)告原則上要求依據(jù)相應(yīng)工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、制圖、分析和撰寫報(bào)告等。 二、設(shè)計(jì)（實(shí)

5、驗(yàn)）正文 概述： 隨著火電機(jī)組裝機(jī)容量的擴(kuò)大，參數(shù)的提高，相關(guān)參數(shù)變化相互影響加大，參數(shù)變化速度加快，使得操作過程復(fù)雜，控制難度增大。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，在大型火電廠采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程的控制技術(shù)已趨向成熟。世界上已有許多電廠在計(jì)算機(jī)的控制下正常運(yùn)行。我國引進(jìn)的國外機(jī)組中，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制已取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。在國外，機(jī)組在運(yùn)行過程中因控制裝置失控而退出運(yùn)行的情況是允許的，而在我國自動(dòng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行中必須保證不出問題，實(shí)際上不出問題的設(shè)備是沒有的。在國家電力部推薦的分散控制系統(tǒng)型號(hào)中，各廠商為了保證控制設(shè)備的可靠性，均使用了不同方式的可靠技術(shù)，目的是為了保證控制系統(tǒng)的可靠

6、，滿足生產(chǎn)過程的要求，由于采用的技術(shù)措施不同，可靠性也有差異。采用容錯(cuò)技術(shù)的分散控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高。1. 容錯(cuò)技術(shù)分析在分散控制系統(tǒng)中，大部分廠商為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用了冗余設(shè)計(jì):即系統(tǒng)中的關(guān)鍵單元采用雙重配置，一個(gè)工作，另一個(gè)在“熱備用”。一旦運(yùn)行單元發(fā)生故障，在很短的時(shí)間內(nèi)將會(huì)通過一定方式，完成故障單元的切換，由處于“熱備用”的單元接替工作。冗余設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)的是盡量防止單元出現(xiàn)故障，但是無論采取什么措施，要保證單元不出故障是不可能的，是很難實(shí)現(xiàn)的。容錯(cuò)設(shè)計(jì)是從全系統(tǒng)的概念出發(fā)，承認(rèn)各單元發(fā)生故障的可能，進(jìn)而設(shè)法保證既使有運(yùn)行的單元發(fā)生了故障，系統(tǒng)仍能完全正常地工作。

7、容錯(cuò)，就是說給系統(tǒng)增加了容忍故障的能力。1.1 容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)的性能比較在采用冗余技術(shù)時(shí)，冗余單元有主副之分，正常運(yùn)行時(shí)主單元工作，后備單元處于跟蹤狀態(tài)。這樣，主副單元切換會(huì)有一個(gè)時(shí)間差，一旦主單元出錯(cuò)，經(jīng)診斷程序判斷，發(fā)出切換指令，備用單元投人運(yùn)行，主單元退出運(yùn)行。切換前后差一個(gè)掃描周期，使得切換時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)。采用容錯(cuò)技術(shù)，是雙機(jī)并行，所有的輸人、輸出信號(hào)都一致，一旦有出錯(cuò)信息，經(jīng)自診斷程序判斷，將挑出正常的信號(hào)輸出，無切換時(shí)間延遲。容錯(cuò)的自診斷時(shí)間，是計(jì)算機(jī)芯片和處理時(shí)間，對(duì)控制過程(對(duì)外特性)看不出來。1.2容錯(cuò)技術(shù)的類別容錯(cuò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法主要是冗余，所采取的主要手段就是投入更多的資

8、源來換取更高的可靠性。主要有硬件冗余、信息冗余、時(shí)間冗余和軟件冗余。1.2.1硬件冗余：在常規(guī)設(shè)計(jì)的硬件之外，再附加備份硬件。硬件冗余的幾種形式：硬件冗余可分為靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余及混合冗余。(1)靜態(tài)冗余：是通過表決和比較屏蔽系統(tǒng)中的故障，例如三模冗余 上圖中MI.M2.M3是3個(gè)功能相同的模塊（3臺(tái)相同的計(jì)算機(jī)或部件），3個(gè)模塊同時(shí)執(zhí)行相同操作，其輸出送到“表決器V的輸入端，然后把V的輸出作為系統(tǒng)輸出。三模冗余的基本原理是：首先以承認(rèn)“多數(shù)模塊的輸出是正確的”為基本出發(fā)點(diǎn)，實(shí)行“少數(shù)服從多數(shù)”的糾錯(cuò)原理，用三取二的多數(shù)判決作為系統(tǒng)的正確輸出。在正常情況下3個(gè)模塊同時(shí)給出3個(gè)相同的輸出，表決器

9、輸出一個(gè)結(jié)果作為3個(gè)模塊的正確輸出。如果任一模塊出錯(cuò)，其輸出不同于其它兩個(gè)模塊，表決器仍然輸出正確結(jié)果。若兩個(gè)模塊同時(shí)錯(cuò)成相同的狀態(tài)，表決器的輸出被誤認(rèn)為是正確的;若兩個(gè)模塊同時(shí)錯(cuò)成不同的狀態(tài)，則此系統(tǒng)無法工作。這些情況的出現(xiàn)雖然是可能的，但概率非常低。假設(shè)表決器的輸人變量為x1、x2、x3，表決器的輸出為：V（x1,x2,x3）=x1x2+x1x3+x2x3(2)動(dòng)態(tài)冗余它由(S+1）個(gè)模塊、故障檢測(cè)器和切換開關(guān)組成。其中只有一個(gè)模塊(如M I)處于工作狀態(tài)而其余S個(gè)模塊(M2， M3， MS+1)處于待命接替狀態(tài)。運(yùn)行中當(dāng)故障檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)處于工作狀態(tài)的基本模塊發(fā)生故障后，立即通過切換開關(guān)切除

10、故障模塊，代之以儲(chǔ)備模塊。如果接替工作的模塊接續(xù)后又發(fā)生故障，則再將其切除，用另一個(gè)儲(chǔ)備模塊來代替。如此“切除一替代”，一直進(jìn)行到將S個(gè)儲(chǔ)備模塊全部耗盡為止，如圖2所示。(3)混合冗余：混合冗余兼有靜態(tài)冗余和動(dòng)態(tài)冗余的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)由M1MN正常的工作模塊組成N模靜態(tài)基本系統(tǒng)，RI-RS是S個(gè)儲(chǔ)備模塊。M1MN經(jīng)表決器表決后作為系統(tǒng)的輸出，同時(shí)這些工作模塊的輸出與系統(tǒng)輸出做一致性比較，以監(jiān)測(cè)是否有模塊出現(xiàn)故障。如果檢出，控制切換開關(guān)電路切斷故障模塊，同時(shí)接通一個(gè)備用模塊，使得N模靜態(tài)基本系統(tǒng)能繼續(xù)維持運(yùn)行。如果接入的是一個(gè)失效模塊，此時(shí)不一致性繼續(xù)存在，切換開關(guān)電路就會(huì)用另一個(gè)備用模塊來取代它。

11、很顯然，如果儲(chǔ)備量S足夠大，且切換又能成功，則N模靜態(tài)系統(tǒng)的壽命幾乎可以無限期地延長(zhǎng)下。1.2.2時(shí)間冗余 時(shí)間容錯(cuò)是以犧牲時(shí)間來換取設(shè)備高可靠性的一種手段。以重復(fù)執(zhí)行指令或程序來消除瞬時(shí)錯(cuò)誤帶來的影響，當(dāng)指令執(zhí)行結(jié)果有錯(cuò)誤而產(chǎn)生錯(cuò)誤恢復(fù)請(qǐng)求信號(hào)，則指令計(jì)數(shù)器的內(nèi)容減1，重復(fù)執(zhí)行該指令。1.2.3 信息冗余 信息容錯(cuò)是為了檢測(cè)和糾正信息在運(yùn)算或傳輸過程中的錯(cuò)誤而外加的一部分冗余信息碼，在通信或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信息常以編碼的形式出現(xiàn)，編碼技術(shù)是冗余容錯(cuò)技術(shù)在信息領(lǐng)域里的具體應(yīng)用。采用奇偶碼、循環(huán)碼等冗余碼就可檢碼和糾碼。1.2.4軟件冗余 軟件容錯(cuò)的目的是屏蔽軟件故障，恢復(fù)因出故障而影響的運(yùn)行進(jìn)程

12、。一般采用N版本程序結(jié)構(gòu)方法，它是由N個(gè)相同功能的相異程序和一個(gè)表決器構(gòu)成，工作時(shí)N個(gè)具有相同功能的程序同時(shí)執(zhí)行一項(xiàng)運(yùn)算，各程序執(zhí)行完成后，產(chǎn)生的結(jié)果均送入表決器，通過比較和表決，產(chǎn)生一個(gè)輸出結(jié)果。2.計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)需要晝夜不停地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦出現(xiàn)故障，損失巨大。所以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)需要自身的容錯(cuò)控制系統(tǒng)。 (1)系統(tǒng)可靠性、安全性冗余結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)其可靠性冗余結(jié)構(gòu)，是指為了使系統(tǒng)的可靠性達(dá)到或者超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。往往采用雙機(jī)互為備用的或門二重系統(tǒng)。雙機(jī)熱備工作原理是:兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，一臺(tái)出現(xiàn)故障，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)接替繼續(xù)工作，不至于導(dǎo)致系

13、統(tǒng)停機(jī)。系統(tǒng)A系統(tǒng)B或門圖4可靠性冗余結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)安全性冗余結(jié)構(gòu)是為了使系統(tǒng)的安全性指標(biāo)達(dá)到或者超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。往往采用雙機(jī)同時(shí)工作、彼此間進(jìn)行頻繁比較的與門二重冗余結(jié)構(gòu)。在極短的時(shí)間間隔內(nèi)，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)出錯(cuò)并且錯(cuò)誤呈現(xiàn)同一種模式的概率幾乎為零。系統(tǒng)A系統(tǒng)B與門圖5安全性冗余結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性與安全性冗余結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)要求有較高的可靠性指標(biāo)和安全性指標(biāo)，因此，結(jié)合其可靠性冗余結(jié)構(gòu)和安全性冗余結(jié)構(gòu)，得到如下可靠性與安全性冗余結(jié)構(gòu)（二乘二取二）。系統(tǒng)A系統(tǒng)B與門系統(tǒng)A系統(tǒng)B與門或門圖6可靠性與安全性冗余結(jié)構(gòu)2.1硬件冗余類型靜態(tài)冗余：是通過表決和比較來屏蔽系統(tǒng)中出現(xiàn)的故

14、障，常用的是三模冗余（三取二）系統(tǒng)A, B, C是三個(gè)相同的系統(tǒng)，可以是三臺(tái)相同的計(jì)算機(jī)或部件。三個(gè)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行一樣的操作，其輸出送到“表決器”的輸入端，然后把表決器的輸出作為系統(tǒng)輸出。三取二系統(tǒng)，即三臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，兩兩進(jìn)行比較，當(dāng)至少有兩個(gè)結(jié)果相同時(shí)，則認(rèn)為正確。系統(tǒng)A系統(tǒng)B系統(tǒng)C異或異或異或表決器輸入11輸入輸入輸出 故障表示圖7三模冗余TMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖動(dòng)態(tài)冗余圖8由(n+1)個(gè)模塊、故障檢測(cè)器和切換開關(guān)組成。其中只有主模件處于工作狀態(tài)而其余n個(gè)備件處于待命接替狀態(tài)。運(yùn)行中，當(dāng)故障檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)處于工作狀態(tài)的基本模塊發(fā)生故障后，立即通過切換開關(guān)切除故障模塊，代之以儲(chǔ)備模塊。如果接替工作的模

15、塊接續(xù)后又發(fā)生故障，再將其切除，用另一個(gè)儲(chǔ)備模塊來代替。如此進(jìn)行“切除一替代”，一直進(jìn)行到將n個(gè)儲(chǔ)備模塊全部耗盡為止。雙機(jī)熱備計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)冗余控制的具體體現(xiàn)。輸入轉(zhuǎn)換裝置主模塊備用模塊1備用模塊K備用模塊n檢錯(cuò)裝置輸出圖8動(dòng)態(tài)冗余結(jié)構(gòu)混合冗余N表示模塊總數(shù)，K代表以表決方式實(shí)現(xiàn)靜態(tài)冗余的模塊數(shù)，其余的N-K個(gè)模塊作為表決系統(tǒng)中的模塊的備份。當(dāng)參與表決的K個(gè)模塊中有一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，備份就代替該模塊參與表決，維持靜態(tài)冗余系統(tǒng)的完整性。當(dāng)所有的備份都被替換完后，系統(tǒng)就成為一般的表決系統(tǒng)。二乘二取二聯(lián)鎖系統(tǒng)就是混合冗余結(jié)構(gòu)的具體體現(xiàn)。2.2軟件冗余軟件冗余技術(shù)就是用幾種不同軟件處理數(shù)據(jù)

16、，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行比較，產(chǎn)生輸出。最常用的是采用幾個(gè)系統(tǒng)功能相同的軟件相比較。如在二冗余系統(tǒng)中，主機(jī)和備機(jī)都采用2種軟件，平時(shí)主機(jī)工作，此時(shí)2種軟件同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。如果一致時(shí)產(chǎn)生輸出，否則該對(duì)系統(tǒng)故障，立即進(jìn)行切換，使備機(jī)工作，從而提高系統(tǒng)的可靠性。使用軟件冗余進(jìn)行軟件容錯(cuò)的方法來源于硬件的容錯(cuò)處理。軟件容錯(cuò)利用硬件容錯(cuò)的經(jīng)驗(yàn)來解決不同的問題，通過設(shè)計(jì)多樣性獲得冗余系統(tǒng)，執(zhí)行時(shí)，直接評(píng)估或比較判斷模塊的輸出，保證系統(tǒng)正確的運(yùn)行。圖9軟件冗余結(jié)構(gòu)3. 熱控設(shè)備的容錯(cuò)技術(shù)為了使熱控系統(tǒng)具有較高的可靠性，合理的投入是很有必要的，也是最基本的保證。合理的投入是指選用高質(zhì)量的熱控設(shè)備，

17、以及足夠的冗余度。保護(hù)信號(hào)首先要可靠，尤其是一次測(cè)量元件。如果選取的測(cè)量信號(hào)本身不可靠，將其用作跳閘信號(hào)時(shí)則會(huì)大大增加誤動(dòng)的概率。如大型輔機(jī)的電機(jī)線圈溫度，目前已有許多機(jī)組將其由原來的跳閘改為報(bào)警，因?yàn)榇罅康倪\(yùn)行實(shí)踐表明，線圈溫度測(cè)量信號(hào)的故障率非常高，輔機(jī)啟動(dòng)時(shí)常常不得不將故障的線圈溫度測(cè)量信號(hào)強(qiáng)制撤出。冗余也就能容錯(cuò)，因此，引入冗余信號(hào)、避免單點(diǎn)故障引起跳機(jī)是常見的容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法。對(duì)重要開關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行冗余邏輯判斷，已經(jīng)成為火電廠控制系統(tǒng)普遍采用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如采用三選二正確性判斷邏輯。當(dāng)重要邏輯信號(hào)由模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生時(shí)，對(duì)外部模擬量輸入信號(hào)通常采用三取中冗余判斷，并設(shè)置輸入信號(hào)量程及變化

18、速率等壞信號(hào)檢查手段。對(duì)重要邏輯輸出信號(hào)進(jìn)行正確性檢查判斷，常采用二并、二串、二并二串的結(jié)構(gòu)。并聯(lián)輸出降低了拒動(dòng)的可能，但提高了誤動(dòng)的可能。串聯(lián)輸出降低了誤動(dòng)的可能，但提高了拒動(dòng)的可能。采用二并二串的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高可靠性的冗余控制輸出。DL/T 5175-2003火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定對(duì)模擬量控制中的冗余變送器提出了最低要求，建議三冗余配置的測(cè)量參數(shù)只有5 個(gè)：汽包水位、爐膛壓力、機(jī)前壓力、第1 級(jí)壓力、模煤機(jī)出口溫度。對(duì)其他主重要測(cè)量參數(shù)，如給水流量、主汽流量、汽包壓力等只要求二冗余配置，但各個(gè)電廠的測(cè)量參數(shù)實(shí)際冗余情況遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.1 硬件優(yōu)化和軟件優(yōu)化在許多情況下，可以

19、通過對(duì)硬件和軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)貎?yōu)化配置，使控制系統(tǒng)可靠性得到提高。圖10 所示的控制邏輯雖然簡(jiǎn)單，但由DCS 或PLC 來實(shí)現(xiàn)仍然有需要仔細(xì)考慮的問題。圖10（a）所示的接口設(shè)計(jì)，雖然比圖10（b）節(jié)省了一個(gè)DO，但控制系統(tǒng)的可靠性卻大大降低了。從工藝系統(tǒng)的可靠性來考慮，自保持回路應(yīng)該放在就地控制回路（繼電器回路）實(shí)現(xiàn)。在圖10（a）所示的控制系統(tǒng)中，當(dāng)DCS 或PLC 系統(tǒng)I/O 柜出現(xiàn)掉電或其他故障時(shí)，自保持回路被打斷，設(shè)備將自動(dòng)停運(yùn)。如果該運(yùn)行設(shè)備是主要輔機(jī)的潤(rùn)滑油泵或冷卻水泵，將導(dǎo)致主要輔機(jī)跳閘，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。圖10 控制接口的容錯(cuò)設(shè)計(jì)在熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行控制模件任務(wù)分配時(shí)，應(yīng)注意

20、將成對(duì)或多臺(tái)組合配置的輔機(jī)控制（如磨煤機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、兩側(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)等）分配在不同控制模件中實(shí)現(xiàn)，以降低模件失效所帶來的影響。3.2 引入故障鑒別信號(hào)改善單點(diǎn)保護(hù)應(yīng)盡量避免單點(diǎn)信號(hào)用于保護(hù)，當(dāng)不得不采用單點(diǎn)信號(hào)作保護(hù)時(shí)，建議應(yīng)引入故障鑒別信號(hào)。當(dāng)單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)誤動(dòng)以后，常見的處理辦法是增加邏輯條件，改單點(diǎn)觸發(fā)為多條件觸發(fā)。有的干脆取消保護(hù)，改為報(bào)警。這些做法往往難以得到設(shè)備制造廠的支持，甚至發(fā)電集團(tuán)技術(shù)主管部門也難以表示贊同意見，而讓發(fā)電廠技術(shù)人員承擔(dān)了很大的責(zé)任。取消不可靠的單點(diǎn)保護(hù)，改為報(bào)警的做法通常是不得已而為之，不是我們研究和改進(jìn)熱控系統(tǒng)的方向。改保護(hù)為報(bào)警，熱控誤動(dòng)沒有了，但操作員

21、的責(zé)任更大了，潛在誤操作的風(fēng)險(xiǎn)更大了。對(duì)不可靠的單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)（比如汽機(jī)振動(dòng)）增加邏輯條件后，新加入的任何條件（與原信號(hào)相與）都將改變?cè)瓉淼谋Ｗo(hù)機(jī)理。由于缺乏足夠的相關(guān)性論證，設(shè)備制造廠和主管領(lǐng)導(dǎo)不予支持是可以理解的。但如果采用引入故障鑒別信號(hào)的邏輯優(yōu)化方式，原來的保護(hù)機(jī)理未改變，也就不會(huì)增加保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。如對(duì)于汽機(jī)軸向位移單點(diǎn)保護(hù)，可以引入汽機(jī)高中低壓脹差作為故障鑒別信號(hào)。3.3 保護(hù)信號(hào)故障剔除發(fā)電廠熱工輔機(jī)保護(hù)邏輯中，常采用軸承和電機(jī)線圈的溫度測(cè)量信號(hào)，當(dāng)測(cè)量信號(hào)超過定值時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，但由于溫度測(cè)量回路中的熱電阻很容易發(fā)生接觸不良或斷線的故障，使得保護(hù)誤動(dòng)。通常可以利用DCS I/

22、O 通道的故障診斷功能，如開路檢測(cè)、超量程檢測(cè)等對(duì)保護(hù)邏輯增加信號(hào)正確性判斷，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)將故障信號(hào)從保護(hù)回路中退出。對(duì)緩慢變化的溫度信號(hào)進(jìn)行正確性判斷，速率鑒別是最有效的方法。圖2 為某300MW 機(jī)組輔機(jī)軸承溫度保護(hù)跳閘的壞信號(hào)剔除邏輯回路，浙江省火電廠普遍采用這種故障診斷方式，幾年來已成功避免了許多次保護(hù)誤動(dòng)。在測(cè)量回路正常的情況下，當(dāng)軸承溫度高于70時(shí)將觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)熱電阻測(cè)量回路出現(xiàn)接觸不良或斷線故障時(shí)，溫度信號(hào)的變化速率將超過5/s，此時(shí)寄存器置1，軸承溫度保護(hù)自動(dòng)退出并給出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)故障消除后，可通過自動(dòng)或手動(dòng)方式復(fù)位，使保護(hù)重新投入。圖2 輔機(jī)軸承溫度保護(hù)跳閘壞信號(hào)剔除邏

23、輯這種壞信號(hào)剔除故障診斷方式，同樣可用于防止鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)中壓力、風(fēng)量等測(cè)點(diǎn)堵塞造成的誤動(dòng)。對(duì)于汽機(jī)脹差單點(diǎn)保護(hù)，可根據(jù)脹差是緩慢變化的特點(diǎn)，采用縮小測(cè)量量程，并將超量程作為壞信號(hào)剔除的邏輯判斷條件。3.4 容錯(cuò)控制技術(shù)的研究 容錯(cuò)控制技術(shù)是通過故障診斷（故障檢測(cè)、故障隔離、故障識(shí)別），讓控制系統(tǒng)在故障后進(jìn)行重構(gòu)，使控制系統(tǒng)魯棒性得到提高。目前，容錯(cuò)控制技術(shù)在火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大多是針對(duì)模擬量控制系統(tǒng)變送器、執(zhí)行器的故障。 容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法將特定的容錯(cuò)控制技術(shù)應(yīng)用于火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更廣泛地探討提高控制系統(tǒng)可靠性的方法和途徑。比如在模擬量控制系統(tǒng)中采用的控制指令方向性閉鎖、禁

24、開/禁關(guān)邏輯保護(hù)措施，以及在RB 控制策略中的容錯(cuò)控制回路等等。 對(duì)于容易引起機(jī)組跳閘的RB 試驗(yàn)，為了提高試驗(yàn)的成功率，采取的以下容錯(cuò)控制措施已經(jīng)形成共識(shí)：（1）汽機(jī)調(diào)門在RB 工況下的禁開邏輯，以防止在某些情況下的機(jī)組負(fù)荷反調(diào)。（2）為防止RB 試驗(yàn)過程中引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)過電流，在RB 工況下應(yīng)對(duì)其指令輸出進(jìn)行上限限制。（3）模擬量控制系統(tǒng)在正常調(diào)節(jié)工況下，偏差切手動(dòng)保護(hù)是必要的，但在RB 工況下，系統(tǒng)主要參數(shù)將超出正常波動(dòng)范圍。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及子控制系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)解除其偏差切手動(dòng)保護(hù)功能，使得協(xié)調(diào)、燃燒、汽溫、汽包水位等主要控制系統(tǒng)能保持在自動(dòng)模式，同時(shí)對(duì)PID 調(diào)節(jié)器增加抗飽和功能的設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)備的啟停操作，通常根據(jù)工藝要求給出必須滿足的啟停條件。但許多邏輯設(shè)計(jì)并不完善，誤操作時(shí)有發(fā)生。某廠120MW 機(jī)組為中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，過去常發(fā)生由于操作不當(dāng)而引起一次風(fēng)管堵塞的情況。通過完善許可條件，在給粉機(jī)啟動(dòng)允許條件中增加了“一次風(fēng)小風(fēng)門已開”的條件，在給粉機(jī)停延遲60 秒關(guān)一次風(fēng)小風(fēng)門的邏輯中加入了“給粉機(jī)轉(zhuǎn)速低于200 r/min”的信號(hào)，從而避免了誤操作。3.5 軟測(cè)量技術(shù)與故障診斷將軟測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于熱工保護(hù)系統(tǒng)的故障診斷，可以大大提高熱控系統(tǒng)的容錯(cuò)控制能力。軟測(cè)量技術(shù)是一門新興的應(yīng)用技術(shù)，它