冗余技能是計算機(jī)體系牢靠性規(guī)劃中常選用的一種技能，是進(jìn)步計算機(jī)體系牢靠性的最有用辦法之一。為了到達(dá)高牢靠性和低失功率相統(tǒng)一的目的，咱們通常會在操控體系的規(guī)劃和運(yùn)用中選用冗余技能。合理的冗余規(guī)劃將大大進(jìn)步體系的牢靠性，可是一起也添加了體系的復(fù)雜度和規(guī)劃的難度，運(yùn)用冗余裝備的體系還添加了用戶出資。因而，怎么合理而有用的進(jìn)行操控體系冗余規(guī)劃，是值得研討的課題。

冗余技能概要

冗余技能就是添加剩余的設(shè)備，以確保體系愈加牢靠、安全地工作。冗余的分類辦法多種多樣，依照在體系中所在的方位，冗余可分為元件級、部件級和體系級；依照冗余的程度可分為1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等多種。在當(dāng)時元器件牢靠性不斷進(jìn)步的情況下，和其它辦法的冗余辦法比較，1:1的部件級熱冗余是一種有用而又相對簡略、裝備靈活的冗余技能完結(jié)辦法，如I/O卡件冗余、電源冗余、主操控器冗余等。因而，現(xiàn)在國內(nèi)外干流的進(jìn)程操控體系中大多選用了這種辦法。當(dāng)然，在某些部分規(guī)劃中也有選用元件級或多種冗余辦法組合的成功典范。

操控體系冗余規(guī)劃的目的

體系運(yùn)轉(zhuǎn)不受部分毛病的影響，并且毛病部件的維護(hù)對整個體系的功用完結(jié)沒有影響，并能夠完結(jié)在線維護(hù)，使毛病部件得到及時的修正。冗余規(guī)劃會添加體系規(guī)劃的難度，冗余裝備會添加用戶體系的出資，但這種出資換來了體系的牢靠性，它進(jìn)步了整個用戶體系的均勻無毛病時刻（MTBF），縮短了均勻毛病修正時刻（MTTR），因而，運(yùn)用在重要場合的操控體系，冗余是十分必要的

所謂冗余供電，也就是備用電源。最簡略的計劃是備用電源經(jīng)過一個二極管與電路電源相連，平常，電路電源電壓略高于備用電壓電壓減去二極管壓降的電壓，二極管截止，備用電源不工作；當(dāng)主電源毛病不能正常供電時，備用電源自動投入。

天津軍糧城發(fā)電廠于 1960 年開工興建，一、二期工程別離建造 2 臺 50MW 機(jī)組，于 70 時代初期建成投產(chǎn)；三、四期工程別離建造 2 臺 200MW 機(jī)組，于 1993 年悉數(shù)投產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。二期兩臺 50MW 機(jī)組已于 2004 完結(jié)供熱改造，一期兩臺 50MW 機(jī)組已于 2005 年完結(jié)循環(huán)流化床供熱改造。現(xiàn)在全廠共 8 臺機(jī)組，裝機(jī)容量 1000MW，其間供熱機(jī)組 200MW，純凝機(jī)組800MW。其間三四期四臺 200MW 機(jī)組現(xiàn)已悉數(shù)改造為 DCS 操控，其 DCS 體系選用國電智深 GD99 渙散操控體系，上位組態(tài)軟件選用國內(nèi)自主開發(fā)的 GD99 組態(tài)軟件，操控器選用Modicon 昆騰系列 534 操控器及 I/O 模板。

DCS 體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

D CS 網(wǎng)絡(luò)體系簡介我廠 DCS 體系有以下部分組成：

NPU1A、NPU1B 為互為主備的 MODICON 操控器數(shù)據(jù)交換服務(wù)器，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)期間肯定禁止一起將其退出運(yùn)轉(zhuǎn)；NPU2A、NPU2B 為互為主備的龍源巡測數(shù)據(jù)交換服務(wù)器，它擔(dān)任搜集很多的現(xiàn)場監(jiān)督數(shù)據(jù)；HIS 為前史站，它擔(dān)任前史記錄及報警的搜集保存；CS 為計算站，它擔(dān)任 DEH 體系、巡測站與 DCS 體系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換； OPR1-OPR6 為操作員站，是操作員監(jiān)督和操作的渠道；MIS為 MIS 站，擔(dān)任與廠級的 MIS 網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。它們別離經(jīng)過各自的雙網(wǎng)卡銜接在兩臺 HUB 上，組成實(shí)際的冗余 100M 星型以太網(wǎng)。NPU1A/1B 選用 MB+網(wǎng)絡(luò)與下位的操控器進(jìn)行銜接通訊。操控器與 I/O 模件之間經(jīng)過同軸電纜和 T 型頭銜接成全體的操控體系。

DCS 體系網(wǎng)絡(luò)示意圖

我廠 DCS 體系共有五對操控器：CCS 操控器、EMCS 操控器、SCS 操控器、DAS 操控器，QS 汽水操控器。它們別離擔(dān)任操控相關(guān)的設(shè)備，一切操控器依照下圖銜接在 MB+網(wǎng)絡(luò)上，然后組成了完好的 DCS 網(wǎng)絡(luò)操控體系。如下圖圖 1 所示：本圖以一對 CCS 操控器為例進(jìn)行說明。

DCS 模件電源改造背景

I/O 模件電源毛病任何一種電子器件其發(fā)生毛病的概率是客觀存在的，我廠就從前發(fā)生過由于 DCS 模板電源 CPS 卡件損壞，導(dǎo)致該行一切模件電源丟掉，一切數(shù)據(jù)回零，形成 DCS 體系調(diào)節(jié)失控，給部分和公司形成必定的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣影響。

人為誤操作概率較高選用單電源供電，一旦工作人員誤碰或誤動了該電源模板 CPS 的電源開關(guān)，或許該電源模板的上口電源失電，其形成的結(jié)果也是相同嚴(yán)峻的。

I/O 信號模板冗余裝備完結(jié)困難

首要 I/O 模板冗余裝備本錢貴重，從出資方和 DCS 廠家本錢壓力都很大，然后要完結(jié) I/O 模板的冗余裝備極為困難。其次，依照體系要求及規(guī)劃常規(guī)，只對及其重要的信號如汽包水位、爐膛負(fù)壓、汽機(jī)轉(zhuǎn)速等信號選用冗余或三重裝備；對一般重要信號冗余裝備需求添加很多測點(diǎn)及取樣，并需求提早與規(guī)劃院及基建單位聯(lián)絡(luò)斷定，延伸工期并添加很多本錢。最終，如果是老機(jī)組改造，難度會更大，如：是否留有合理的取樣方位、是否有滿意的備用通道、添加很多檢修費(fèi)用等等，所以幾乎是不可能完結(jié)的。

體系未到達(dá)真實(shí)冗余裝備的要求

由圖 1 能夠看出：咱們的 DCS 操控體系從操作員站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器及操控器都是冗余裝備的，即主備設(shè)備的電源均來自對應(yīng)的主備 UPS 電源。而在 I/O 模件層面上，僅有左側(cè)的 CPS114 單電源卡，未到達(dá)冗余裝備。這樣使體系的安全性和安穩(wěn)牢靠性不契合火力發(fā)電操控體系安全性點(diǎn)評體系的要求，這是體系原規(guī)劃的缺少和漏洞。

歸納以上幾點(diǎn)，咱們從體系要求和安全牢靠性方面動身，有必要對現(xiàn)有體系進(jìn)行改造。

改造辦法

前期預(yù)備

咱們查閱了很多相關(guān)材料，并積極同 DCS 廠家進(jìn)行了交流，即咱們現(xiàn)有的 CPS114 電源模板，不具備冗余功用，因而必須更換為具有冗余才能的 CPS124 模板。經(jīng)過理論證明， I/O 模件雙電源改造具有可行性，并且替換下來的 CPS114 電源模板能夠作為 DCS 體系的備品備件持續(xù)運(yùn)用，契合當(dāng)時建造節(jié)能型社會的要求。

詳細(xì)完結(jié)

在各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，咱們運(yùn)用機(jī)組停運(yùn)時機(jī)，對該體系依照要求進(jìn)行了改造。行將 I/O 結(jié)構(gòu)原有的 CPS114 電源模板拆下，然后在 I/O 結(jié)構(gòu)的榜首槽及 16 槽別離插上冗余電源模板 CPS124。每塊電源模板的輸入電源別離來自主備 UPS 電源。改造后的 I/O 結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 2 所示：

從圖 a 中能夠看出， 如果在任一電流條件下， 導(dǎo) 線的損壞時刻都大于熔斷絲的最大動作時刻， 咱們 就能夠說，該熔斷絲具有對該導(dǎo)線的維護(hù)才能。 一 般情況下， 導(dǎo)線線徑以滿意要求的最小線徑為宜。

線束發(fā)熱有以下聯(lián)系

由（5）式可知線束的發(fā)熱率與線束的橫截面積（線徑）成反比，為確保不燒線，電流越大，線徑越大。依據(jù)各種規(guī)格熔斷絲與各種規(guī)格導(dǎo)線的特性曲線，依據(jù)經(jīng)歷，熔斷絲與其所維護(hù)的導(dǎo)線之間有如表 2、表 3 所示的對應(yīng)聯(lián)系。

改造效果

改造結(jié)束后，咱們進(jìn)行了模板電源切換實(shí)驗和體系的抗電磁干擾實(shí)驗；任何一塊電源模板的電源停電，該結(jié)構(gòu)一切 I/O 模件狀況正常且無擾動，操作員畫面數(shù)據(jù)安穩(wěn)無跳變。用對講機(jī)間隔操控機(jī)柜 1 米左右進(jìn)行通話，該機(jī)柜一切 I/O 模件狀況正常且無擾動，操作員畫面數(shù)據(jù)安穩(wěn)無跳變，說明咱們的改造沒有改動原體系規(guī)劃的體系抗干擾功能。然后完結(jié)了真實(shí)意義上的具有無擾切換才能的 I/O 模件冗余電源體系，替換下的 CPS114 模板能夠持續(xù)充任備件，咱們以最小的出資完結(jié)了安全和效益的最大化。經(jīng)過這次改造消除了設(shè)備危險，大大進(jìn)步了現(xiàn)有 DCS 體系的安穩(wěn)牢靠性。改造后體系運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)牢靠，至今未發(fā)生由于模件電源毛病導(dǎo)致的 DCS 體系事端。

整體而言，對熔斷器選用方面缺少專業(yè)規(guī)劃人員，且大多數(shù)電器規(guī)劃人員對熔斷器運(yùn)用常識的了解程度不行，選型未能完結(jié)預(yù)訂的維護(hù)要求，導(dǎo)致規(guī)劃出來的熔斷器很難滿意運(yùn)用要求，形成各種電器火災(zāi)頻發(fā)。

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