彭家友

摘要：文章根據(jù)筆者在水電站工作的實踐經(jīng)驗，對分散電氣控制系統(tǒng)（DCS）組態(tài)中防誤操作設(shè)計的重要性和必要性進行了論述，并對防誤操作設(shè)計的思路和要點進行了研究。

關(guān)鍵詞：水電站；分散電氣控制系統(tǒng)；系統(tǒng)組態(tài)；防誤操作設(shè)計；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV736 文章編號：1009-2374（2016）06-0119-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.059

1 概述

目前，分散電氣控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計在國內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用，特別是在中小型水電站自動化設(shè)計中，要按“無人值班、少人值守”的總體要求設(shè)計，采用分散電氣控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計，對水電站的整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)計算機實時監(jiān)視和控制，已取得了非常成熟的運行經(jīng)驗和業(yè)績。分散控制系統(tǒng)具有控制功能強大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、人機界面優(yōu)良、信息資源共享等優(yōu)點，但對電力系統(tǒng)而言，安全性和可靠性始終是第一位的，如果發(fā)生誤操作，輕者造成設(shè)備損壞、電量損失、工期延誤，重者造成人身傷亡、大面積停電、水淹廠房等惡性事故，因此防誤設(shè)計就顯得尤為重要。

2 分散控制系統(tǒng)組態(tài)的含義和發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 分散控制系統(tǒng)的含義

分散控制系統(tǒng)又稱總體分散型控制系統(tǒng)，它是以微處理機為核心的分散型直接控制裝置。它的控制功能分散、管理集中。它與集中控制系統(tǒng)比較有以下特點：（1）可靠性高（即危險分散）；（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理（即結(jié)構(gòu)分散）；（3）由于控制功能分散，子系統(tǒng)可靠性提高，對管理計算機的要求可以降低，對微型機的要求也可以降低。

2.2 “組態(tài)”的含義

“組態(tài)”的含義是“配置”“設(shè)定”“設(shè)置”等，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能?！氨O(jiān)控”即“監(jiān)視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理。簡單地說，組態(tài)軟件能夠從自動化過程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進行顯示，將重要的信息以各種手段傳送給相關(guān)人員，對信息執(zhí)行必要的分析處理和存儲、發(fā)出控制指令等。DCS自1975年問世以來，經(jīng)過了3次比較大的變革，目前已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。我國改革開放以來，科學(xué)技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，分散控制系統(tǒng)技術(shù)也相繼應(yīng)運而生，其發(fā)展規(guī)模不斷擴大。目前我國自主研發(fā)的DCS系統(tǒng)具有技術(shù)先進、價格低廉、備品備件方便、組態(tài)學(xué)習難度低等特點，已可與國際上的同類設(shè)備相提并論，具有巨大的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 水電站分散電氣控制系統(tǒng)誤操作的原因

3.1 人為因素

人為因素主要表現(xiàn)在三個方面：（1）現(xiàn)場操作人員專業(yè)知識、工作能力不夠；（2）工作責任心不強；（3）不嚴格執(zhí)行操作規(guī)程操作，習慣性違章等。

3.2 軟件因素

軟件設(shè)計存在漏洞，如對重要的操作節(jié)點未設(shè)置用戶權(quán)限，任何人都可以操作，很容易發(fā)生誤操作；對現(xiàn)場生產(chǎn)流程不熟悉，邏輯混亂，造成機組失控、設(shè)備損壞等。

3.3 硬件因素

（1）控制系統(tǒng)的重要設(shè)備如PLC程序控制器、I/O模塊、電源模塊等質(zhì)量差，工作不穩(wěn)定；（2）通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不合理，抗干擾能力差；（3）現(xiàn)地自動化元件和執(zhí)行機構(gòu)安裝調(diào)試質(zhì)量差，不能真實反映設(shè)備實際狀態(tài)，該動作時拒動，不該動作時誤動等。

4 水電站分散電氣控制系統(tǒng)防誤操作設(shè)計的一般原則

對于水電站電氣控制系統(tǒng)防誤操作設(shè)計的一般原則，筆者認為：（1）要杜絕誤操作開關(guān)設(shè)備；（2）要防止誤執(zhí)行控制流程，造成發(fā)電機組失控；（3）在事故情況下能夠迅速地按事先設(shè)定的程序把所控的設(shè)備轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)。開關(guān)柜的“五防”功能另有專門文章介紹，本文不作贅述，僅討論如何利用組態(tài)軟件的聯(lián)鎖技術(shù)實現(xiàn)“五防”閉鎖。防止誤執(zhí)行控制流程除了要在單元機組的順控流程中設(shè)置嚴密的啟停條件外，還要根據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點，嚴格按照邏輯順序執(zhí)行流程。事故處理是電站控制系統(tǒng)的一項重要功能，即在發(fā)生事故時能夠迅速把事故設(shè)備在電氣上和機械上隔離出來，防止事故擴大，把損失降到最小。

5 水電站分散電氣控制系統(tǒng)組態(tài)防誤操作設(shè)計思路和要點

小型水電站一套完整的分散電氣控制系統(tǒng)的功能就是對整個電站的所有機電設(shè)備的運行情況進行全面監(jiān)視，并對主要機電設(shè)備進行控制和操作。在整個系統(tǒng)的設(shè)計上需要考慮的因素很多，單就為了防止誤操作、提高系統(tǒng)的安全可靠性方面，筆者認為應(yīng)該考慮以下三個方面：

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進合理

5.1.1 采用全計算機控制的分層分布開放式結(jié)構(gòu)，一般可分為三層，即由遠端集控層、站級控制層和現(xiàn)地控制層組成。

現(xiàn)地控制層是系統(tǒng)最重要的部分，它直接監(jiān)控被監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)過程，既可作為分布系統(tǒng)中的現(xiàn)地智能終端，又可作為獨立的裝置單獨運行，在脫離主控級的狀態(tài)下亦能夠完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)定值修改、設(shè)備工況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換、事故處理等任務(wù)，要求處理速度快、有容錯、糾錯能力，并帶有其監(jiān)控范圍內(nèi)的完整的數(shù)據(jù)庫。

站級控制層能對全站主要機電設(shè)備進行控制，對所有機電設(shè)備的運行情況進行全面監(jiān)視，對電站生產(chǎn)管理、狀態(tài)檢修用途的數(shù)據(jù)進行采集、處理、歸檔并生成歷史數(shù)據(jù)庫，為電站其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，通過遠動通信管理機實現(xiàn)與調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)。

遠端集控層功能與站級控制層一樣，通過光纖網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)地控制層采集的各種實時數(shù)據(jù)傳給遠方集控中心，同時把集控中心的指令傳回現(xiàn)地LCU，以實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的目的。

5.1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般來講網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)，為提高可靠性現(xiàn)在多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。對小型水電站可建立一套具有自愈能力的100Mbps單環(huán)光纖環(huán)網(wǎng)，構(gòu)成以太網(wǎng)骨干網(wǎng)，所有支持以太網(wǎng)通信的設(shè)備直接連接在這個骨干網(wǎng)上，實現(xiàn)彼此之間的數(shù)據(jù)交換。

5.1.3 系統(tǒng)的關(guān)鍵部位采用冗余配置，互為熱備用，如采用交直流雙電源裝置確保系統(tǒng)供電可靠，并采取電源避雷措施（防雷抗浪涌保護器）進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

5.2 軟件開發(fā)安全可靠

整套分散電氣控制系統(tǒng)軟件應(yīng)以國內(nèi)外先進的工業(yè)控制軟件為開發(fā)平臺，以性價比優(yōu)越的大中型可編程控制器、智能數(shù)據(jù)采集模塊及高性能的工業(yè)控制微機為硬件核心，利用組態(tài)軟件靈活先進的特點進行深入開發(fā)，提供一套具有良好開放性、實時性、可移植性、高可靠性，符合開放系統(tǒng)互聯(lián)標準的WINDOWS2000/XP多任務(wù)執(zhí)行程序。

5.2.1 系統(tǒng)控制權(quán)限設(shè)置。分散控制系統(tǒng)需設(shè)置不同的權(quán)限，正常情況下有權(quán)限的層級才能進行調(diào)節(jié)和控制，但事故情況下除外，如緊急停機命令就不受控制權(quán)限的閉鎖，任何時候都具有最高的優(yōu)先權(quán)。操作步驟按“選擇→返?！鷪?zhí)行”的方式進行，并且每一步驟都有嚴格的軟件校核、檢錯和安全閉鎖邏輯功能。

5.2.2 順控過程監(jiān)視。對單元機組自動或分步開機、停機、緊急停機及運行工況轉(zhuǎn)換的過程進行監(jiān)視。例如開機時在監(jiān)控畫面上直接顯示出整個過程：開啟球閥、啟動技術(shù)供水泵、開調(diào)速器、轉(zhuǎn)速調(diào)整、投勵磁、投同期并網(wǎng)等。如果發(fā)生異常情況，程序中止，并確保機組自動轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)。

5.2.3 單步操作閉鎖。單步操作主要作為系統(tǒng)調(diào)試或其他特殊情況下使用，操作員操作前需要先進行登錄，在輸入正確的用戶名和密碼后才能進入操作界面。如操作某個高壓斷路器時，應(yīng)在畫面上同時推出主接線圖和相關(guān)閉鎖條件，只有當條件滿足時，才能進行操作，否則操作無效，并給出哪些條件不滿足的具體提示信息，可有效地防止誤操作的發(fā)生。

5.2.4 報警功能。當系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變、繼電保護裝置或安控裝置動作時，控制系統(tǒng)應(yīng)實時推出報警信息，包括實時報警記錄表、點亮光字牌、發(fā)出報警語音等。實時報警記錄表必須嚴格按照事件發(fā)生的先后順序記錄，并且根據(jù)事件的性質(zhì)和重要性用不同的顏色加以區(qū)分，如電氣保護或隨機保護動作時用紅色顯示；發(fā)電機過負荷、定子溫度升高等用黃色顯示。操作人員可按事先確定的不同的處理程序及時進行處理，避免臨時慌亂，造成延誤或擴大事態(tài)。

5.3 硬件配置

5.3.1 對系統(tǒng)中的核心部件，如操作站服務(wù)器、可編程控制器PLC、觸摸屏計算機等必修選用性價比高的國內(nèi)外知名廠商的產(chǎn)品，且在電力系統(tǒng)中已有成熟的運行經(jīng)驗，可靠性高。

5.3.2 對于安裝在現(xiàn)地的自動化元件和執(zhí)行元件，如壓力開關(guān)、示流信號器、測速裝置、交采裝置、電動閥等，直接反映設(shè)備的實時狀態(tài)和動作情況，必須采用安全可靠的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，確保給系統(tǒng)提供及時準確的真實數(shù)據(jù)，以免發(fā)生錯誤的判斷，錯誤地啟動控制程序；同時執(zhí)行機構(gòu)要動作靈活可靠，避免造成誤動和拒動。自動化元器件可靠與否對整個系統(tǒng)的性能和可靠性起著至關(guān)重要的作用。

6 結(jié)語

伴隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展壯大，對控制系統(tǒng)的要求也越來越高。本文對水電站分散控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計中如何防止誤操作的思路和要點作了一些粗淺的分析，以期拋磚引玉，供同行互相探討。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）