摘要：自动化的水平伴随着发电机组容量的不断扩大，而得到了有效的提升，进而使得机组分散控制系统，也就是DCS系统的实用性逐渐显现。文章以某电厂DCS系统控制器的负荷率异常波动问题为研究对象，从系统的硬件配置、控制器的负荷分配、处理周期以及系统逻辑组态等方面开展详尽的针对性分析。经过时间查证得知，引起负荷率出现波动的主要原因，就是因为某一卡件的故障报警信号过于频繁。对此将对问题的处理提出有效的措施，以此来对DCS系统控制器的维护与管理问题提供有力的理论依据。
关键词：DCS系统控制器 负荷异常波动 问题原因
电厂控制系统的核心组成部分，是分散控制系统，也就是DCS的控制器，控制器正常工作的关键性参照数据就是DCS的负荷功率数值。一般情况下，维持控制器正常运行所需的负荷率需要维持在40%以内。某电厂DCS系统控制器的负荷率长时间处于一个异常波动的状态，这种持续性的异常导致控制器内部的输入信号产生了异常情况，并有所反转。这就会引起相应的控制设备操作异常，对整体系统的安全稳定运行造成严重的不利影响。
1.DCS系统的基本构成
某电厂发电机组脱硫DCS所采用的的是系统，其整体的系统过程是由控制站、通讯网络、人机界面以及具体的逻辑组态所共同组成。以此来建立#1单元机组脱硫系统、#2单元机组脱硫系统，同时全面的实现了脱硫公用系统设备的显示功能、控制功能以及调节功能等等。
1.1过程控制
控制器与输入输出模件共同组成了过程控制站。DPU以一定的周期，实现了总线以及I/O模件质检的数据转换。并且，将其内部事前已经完成组态的模拟量以及开关量的控制逻辑进行妥善的处理，然后结合事先完成输入的数据，与设置完成的报警参数一起制成报警信号。通常情况之下，DPU的配置为双冗余配置，主控制器与从控制器将共同承担容错实时的判断任务，通过这种方式来保障这两个控制器所采集到的数据是完全一致的。同时，确保热切换的随时实施，并且保证不对控制系统造成任何的干扰，其具有优良的容错性能。
1.2通讯网络
XDPS-400e系统的通讯网络是使用10/100M冗余以太网，其用于传输的介质是光线或者双绞线[1]。冗余的网络适配器与冗余以太网将所有的DPU的连接。通讯网络可划分为实时网络与信息网络这两大种类。其中的信息网络是一种双冗余的网络配置，以此种方式来实现设备系统中各个节点之间的数据交换。但是由于实时网络是一种非冗余的网络配置，进而在通常情况下，其具体是用于人机接站口之间文件与打印机之间的数据信息交换。
1.3逻辑组态
每一个组态文件中都存有一定数量的组态页，而每一个组态页都是由算法功能，以及其之间的连线而构成的。每一个组态页都拥有自己独立的执行序号与执行周期，而逻辑次数将会受到执行时间长短的影响，执行的周期越长，其逻辑处理的次数也就越少，这样即可导致DPU负荷率的波动次数也就越来越频繁。HMI软件、DPU软件和通讯接口软件组成了XDPS-400e系统。HMI软件中的DPU图形组态软件，同时，HIM图形的生成软件一同组成了工艺系统的控制逻辑，在DPU图形的组态软件当中，存在多个单独的DPU。每一个DPU都配备有一个组态文件，其功能是用于将DPU 之内的逻辑组态存储起来。
2.DPU的定义以及影响原因
2.1定义
在指定的时间范围内，规定时间内的DPU负荷变化的具体情况测量，是由系统的平均负荷与最大负荷之间的比例数值而决定的，这就是DPU的负荷率。
DPU的负荷率太高将会导致DPU设备的运行受到严重的不利影响，进而导致数据之间的传输发生延缓，引起控制逻辑出现偏差，DPU最终因此死机，系统瘫痪。同时这也可以测量电气设备的利用程度，DPU相关检测的核心指标之一，就是DPU的负荷率[2]。因而，DCS系统安全稳定运行的主要影响因素就是DPU过高的负荷率。相关章程中有明确的规定“恶劣工况之下的所有控制站的过程处理单元其负荷率应不超过60％；操作员站、服务站的中央处理单元的负荷率应不超过40％；数据通信总线的负荷率，以太网应不超过 20％，其他网络应不超过40％。”
2.2影响原因
DCS系统的运行，需要DPU设备按照一定的周期来对输入模件的数据进行读取，同时执行组态逻辑的输出计算结果，这样既可以实现对DPU逻辑的合理有效控制。结合上述的描述可知，DPU的负荷率水平受到DPU本身性能、执行周期长短以及网络通讯环境好坏的直接影响。具体而言主要有以下三点：
（1）DPU 的硬件性能老化。DPU的硬件会伴随着使用时间的增加而逐渐出现老化，其性能也会因此下降，导致DPU的负荷率过高。
（2）不规范的控制逻辑。DPU资源被大量的不合理利用，原因在于过量的控制逻辑页、过短的逻辑页处理周期，以及逻辑中存在的大量的重复错误组态点。这就导致DPU的负荷率过高，引发异常波动的产生[3]。
（3）DPU符合的分配具有严重的不合理性。I/O系统存在大量的模块配置，这就导致DPU需要处理大量的数据，这样就会增高DPU的负荷率。
3. DPU负荷异常波动的具体处理措施
某电厂1号机组脱硫DCS系统的#1DPU出现异常的负荷率波动，得到异常曲线，最高的DPU负荷率为77%。现场的勘察结果是#1DPU处于主控的状态，而#21DPU处于副控的状态，但是DPU的运行温度、网络通讯以及控制的逻辑都是处于一个正常的状态，且设备正常操作，并未出现报警的现象。
DPU控制器的使用年限已经非常久远，以此即可评判出硬件老化是DPU出现负荷异常波动的主要原因。在此基础上研发了相关的系统保护装置，以此对DPU进行深入的细致检查。
（1）将#21DPU转换至主控运行，观察得到的#21DPU负荷率的变化曲线。同样存在异常波动的现象，最高负荷率高达77%。
（2）设备将伴随着负荷率异常波动的逐渐增大，状态逐渐异常，类似于重启之前的状态。重启#1DPU，并且将其转换为主控进行运行。这种方式之下，DPU的负荷率有显著的下降，出现的最大波动概率为38%。
（3）剩余的逻辑页扫描周期均为500ms，同时删除DPU中多余的组态点与逻辑，观察得知处理之后的DPU其负荷率依然出现异常波动的情况。除此之外，减缓控制器中一般逻辑页的扫描速度，将重要温度以及超净均值的计算逻辑页的扫描周期保留在200ms的范围之内。
4结语
DCS控制系统的稳定运行将会严重的受到DPU可靠性能的影响，因此，对于DCS设备的日常管理，第一时间发现并处理异常故障非常重要。文章从系统的硬件配置、控制器的负荷分配、处理周期以及逻辑组态等多个方面，对DPU负荷异常的处理原因进行了详尽的分析，同时还探究了某电厂具体的DPU的负荷异常问题，并针对性的罗列出了具体的防范管理措施，希望对DCS系统控制器的运维管理提供积极的借鉴意义。
参考文献
[1]王波. PVC生产过程DCS控制系统的安全性设计[D].浙江工业大学,2013.
[2]孙勇. DCS系统过程控制功能的设计与实现[D].厦门大学,2013.
[3]高婷婷. DCS与现场总线集成的研究与实现[D].青岛科技大学,2012.