DCS系統(tǒng)升級(jí)必要性和可行性的評(píng)估

李小煜 李靜豪

摘 要：針對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)的必要性和可行性評(píng)估問(wèn)題進(jìn)行論述，結(jié)合DCS系統(tǒng)發(fā)展方向和趨勢(shì)，總結(jié)和歸納DCS系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的性能劣化、用戶需求提升、物資采購(gòu)和技術(shù)支持中存在的問(wèn)題以驗(yàn)證系統(tǒng)升級(jí)的必要性，并對(duì)系統(tǒng)升級(jí)方案選取、工期計(jì)劃、費(fèi)用以及施工條件的評(píng)估進(jìn)行說(shuō)明，以確保DCS系統(tǒng)項(xiàng)目評(píng)估的準(zhǔn)確性和可執(zhí)行性。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；升級(jí)；必要性；可行性；評(píng)估

引言

DCS系統(tǒng)，即Distributed Control System， 集散控制系統(tǒng)。于上世紀(jì)八十年代被人們逐漸熟悉，經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為發(fā)電及石化行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的主要控制手段。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)水平的不斷提高，在DCS系統(tǒng)選型時(shí)，用戶不僅滿足于系統(tǒng)的可用性，同時(shí)會(huì)考慮DCS系統(tǒng)人機(jī)界面的友好性和開放性以及DCS系統(tǒng)升級(jí)的可能性。而DCS系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，出于系統(tǒng)自身屬性和用戶要求改變等因素考慮，是否對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)以及如何對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)就成為使用者必須面對(duì)的問(wèn)題。

1 DCS系統(tǒng)升級(jí)的必要性

1.1 DCS系統(tǒng)性能劣化是系統(tǒng)升級(jí)需求的根本原因

在DCS系統(tǒng)初期投入使用時(shí)，技術(shù)參數(shù)一般會(huì)略高于設(shè)計(jì)規(guī)格，充分滿足用戶的使用需求。但是在系統(tǒng)使用過(guò)程中，伴隨性能參數(shù)劣化造成與用戶需求的逐漸偏離，最終導(dǎo)致系統(tǒng)性能與用戶要求的不匹配，而用戶為滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要不得不考慮系統(tǒng)升級(jí)的問(wèn)題。（1）系統(tǒng)設(shè)備自身老化造成的系統(tǒng)性能劣化。由于發(fā)電行業(yè)生產(chǎn)的特殊性，DCS系統(tǒng)常年帶電工作，受到電子元器件使用壽命限制、系統(tǒng)設(shè)備工作中自身發(fā)熱和產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互影響、頻繁操作以及誤操作帶來(lái)的設(shè)備損害，使得系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命往往低于設(shè)計(jì)值，也造成系統(tǒng)設(shè)備性能劣化現(xiàn)象在達(dá)到某一階段后呈現(xiàn)爆發(fā)式和全面性上升的趨勢(shì)。另外由于系統(tǒng)設(shè)備故障存在不可預(yù)測(cè)性和不易檢測(cè)性，很難在故障出現(xiàn)前采取有效的應(yīng)對(duì)措施，一旦出現(xiàn)故障往往直接影響到機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，甚至造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。（2）系統(tǒng)內(nèi)部軟件升級(jí)造成的系統(tǒng)性能劣化。在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，由于系統(tǒng)軟件本身升級(jí)需要和軟硬件配合需求以及打補(bǔ)丁的需要，系統(tǒng)容量空間被占用，通信和計(jì)算處理等裕度也會(huì)受到影響，運(yùn)行負(fù)荷不斷升高，造成系統(tǒng)處理速率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至造成通訊阻塞和中斷。（3）用戶調(diào)整系統(tǒng)造成的系統(tǒng)性能劣化。在機(jī)組投入運(yùn)行后，用戶在對(duì)DCS系統(tǒng)使用中會(huì)對(duì)系統(tǒng)控制內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，有些工作需要改變系統(tǒng)硬件甚至改變系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)原有設(shè)計(jì)的裕量和系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的話會(huì)造成系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行或者運(yùn)行工況異常。[1]

1.2 用戶需求提升是系統(tǒng)升級(jí)的必要條件

由于用戶在使用中會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際需要，增加DCS系統(tǒng)的控制范圍、增加與外部數(shù)據(jù)的通訊量、增加更多的性能計(jì)算功能等要求，原有的DCS系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的固化造成對(duì)于用戶要求的響應(yīng)程度會(huì)越來(lái)越難，造成用戶在使用中逐漸感覺(jué)到越來(lái)越不方便，不得不將系統(tǒng)升級(jí)列入日程安排。

1.3 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升是DCS系統(tǒng)升級(jí)的關(guān)鍵性因素

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷提升，更多的新興技術(shù)進(jìn)入工控行業(yè)，特別是近年來(lái)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和通訊技術(shù)的突飛猛進(jìn)，也帶動(dòng)了DCS系統(tǒng)更新?lián)Q代的速度。DCS系統(tǒng)廠家在進(jìn)行設(shè)備更新?lián)Q代時(shí)給原系統(tǒng)使用者帶來(lái)了很多不便，也讓用戶了解到新技術(shù)帶來(lái)的便捷，用戶對(duì)待DCS系統(tǒng)升級(jí)的問(wèn)題由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)尋求。

（1）計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升造成設(shè)備廠家技術(shù)轉(zhuǎn)型。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)前社會(huì)，面對(duì)日益嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)將更多關(guān)注和技術(shù)力量投入新產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用方面，原有系統(tǒng)技術(shù)支持人員因?yàn)榱魇Щ虮粍?dòng)轉(zhuǎn)型，對(duì)原有DCS系統(tǒng)的技術(shù)支持力量不足，造成系統(tǒng)用戶在遇到重大問(wèn)題時(shí)因得不到足夠的技術(shù)支持而無(wú)力解決，使得用戶不得不放棄繼續(xù)使用現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)。（2）計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升造成設(shè)備廠家設(shè)備更新?lián)Q代。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升，DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家也在不斷更新自己的硬件設(shè)備，原來(lái)設(shè)備的生產(chǎn)線紛紛停產(chǎn)或升級(jí)，造成老舊設(shè)備的備品備件斷貨，系統(tǒng)用戶采購(gòu)周期和費(fèi)用控制難度增加，而DCS系統(tǒng)的固化設(shè)計(jì)使得設(shè)備兼容性很難得到保障，系統(tǒng)維護(hù)難度增加。[2]（3）計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升讓用戶對(duì)于控制策略和控制手段要求提升成為可能。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)得到提升的同時(shí)，更多的控制策略在發(fā)電行業(yè)得到應(yīng)用，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制和自適應(yīng)控制等先進(jìn)的控制理論在新建項(xiàng)目中得到應(yīng)用，控制手段的先進(jìn)性讓發(fā)電行業(yè)受益匪淺，也讓原有系統(tǒng)因?yàn)榧夹g(shù)方面的局限受到?jīng)_擊，用戶會(huì)通過(guò)DCS系統(tǒng)升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能和工藝水平的提升。（4）計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升讓用戶可以有更多的選擇空間。原有DCS系統(tǒng)在選擇時(shí)因?yàn)槭芟抻诋?dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)選擇空間并不大，但隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提升，選擇兼容性更強(qiáng)、人機(jī)界面更友好、系統(tǒng)容量更大的DCS系統(tǒng)就成為可能，也使得專業(yè)技術(shù)人員能夠更主動(dòng)地接受DCS升級(jí)。

1.4 原有DCS系統(tǒng)因故障無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行或存在重大隱患是用戶不得不對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)的最無(wú)奈的選擇

系統(tǒng)運(yùn)行中，由于系統(tǒng)設(shè)備老化或損壞，但由于備品備件無(wú)法采購(gòu)或技術(shù)支持力量缺失造成DCS系統(tǒng)無(wú)法正常工作或“帶病”工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響機(jī)組的運(yùn)行，這種情況大多是由于對(duì)于DCS系統(tǒng)缺乏正確有有效的評(píng)估造成的，在這種情況下而不得不選擇對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)，由于DCS系統(tǒng)升級(jí)工作過(guò)于倉(cāng)促，造成DCS系統(tǒng)升級(jí)效果受到影響。某電廠DCS系統(tǒng)是從常規(guī)儀表控制改造而來(lái)，改造工期緊張，在改造完畢后，出現(xiàn)了測(cè)點(diǎn)數(shù)量不足、報(bào)警信息缺失、控制邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯?wèn)題，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)極大不便。

綜上所述，對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)的必要性可能是多方面的，尋求必要性中的關(guān)鍵點(diǎn)，是推動(dòng)DCS系統(tǒng)升級(jí)的首要前提。某燃?xì)獍l(fā)電公司采用的控制系統(tǒng)為某公司上世紀(jì)九十年代的產(chǎn)品，在投產(chǎn)后不久就出現(xiàn)人機(jī)接口不友好、系統(tǒng)兼容性差、備品備件采購(gòu)困難、技術(shù)支持力量不足等問(wèn)題，在運(yùn)行中陸續(xù)發(fā)生各種DCS系統(tǒng)故障，在系統(tǒng)維護(hù)人員陸續(xù)流失的情況下，通過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)設(shè)備老化、備品備件和技術(shù)支持保證性降低和優(yōu)化機(jī)組控制手段等問(wèn)題的重點(diǎn)關(guān)注，確定DCS系統(tǒng)升級(jí)的必要性?？紤]升級(jí)一臺(tái)機(jī)組DCS系統(tǒng)，將升級(jí)后更換下來(lái)的設(shè)備作為另一臺(tái)機(jī)組DCS系統(tǒng)的備品備件，節(jié)余的備品備件費(fèi)用就超出系統(tǒng)升級(jí)所需費(fèi)用，再考慮到采購(gòu)周期以及備品備件的應(yīng)急效應(yīng)，用最小的投入換取最大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

2 DCS系統(tǒng)升級(jí)的可行性

對(duì)于DCS系統(tǒng)升級(jí)的可行性評(píng)估需要從多個(gè)角度來(lái)完成，需要考慮升級(jí)方案的可行性評(píng)估、系統(tǒng)升級(jí)工期與評(píng)估、系統(tǒng)升級(jí)費(fèi)用評(píng)估和系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目規(guī)模以及施工條件評(píng)估等方面，只有在各方面經(jīng)過(guò)評(píng)估后，才能判定DCS系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目是否真正具備可行性。

2.1 對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)方案的可行性評(píng)估

DCS系統(tǒng)常規(guī)意義上的升級(jí)，一般有兩種方式：一種是在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)到高版本系統(tǒng)；另外一種是用其它廠家的DCS系統(tǒng)進(jìn)行替代。因?yàn)閮煞N方案對(duì)于系統(tǒng)改造范圍、改造工作量、技術(shù)保障力度、技術(shù)攻關(guān)與關(guān)鍵技術(shù)破解等方面可能存在較大差異，可以說(shuō)各有利弊，需要從技術(shù)層面、安全方面和投資以及回報(bào)等方面進(jìn)行全面性的比較，選擇切實(shí)可行的升級(jí)方案。[3]

2.2 對(duì)系統(tǒng)升級(jí)工期進(jìn)行評(píng)估

將目前使用的DCS系統(tǒng)升級(jí)到新的DCS系統(tǒng)，該項(xiàng)工作量和完成時(shí)間無(wú)疑都是巨大的，在機(jī)組運(yùn)行中很難安排專門的時(shí)間來(lái)完成該項(xiàng)工作，一般會(huì)選擇將系統(tǒng)升級(jí)放在機(jī)組等級(jí)檢修中完成，因此在確定改造方案和工作范圍時(shí)DCS系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目的完成所需要的時(shí)間是否與檢修計(jì)劃的一致就成了可行性評(píng)估的重要一項(xiàng)。

2.3 對(duì)系統(tǒng)升級(jí)費(fèi)用評(píng)估

對(duì)于DCS系統(tǒng)升級(jí)，出發(fā)點(diǎn)往往有兩個(gè)，就是經(jīng)濟(jì)性和安全性。不管選擇將DCS系統(tǒng)升級(jí)到高版本系統(tǒng)或者對(duì)現(xiàn)有DCS系統(tǒng)進(jìn)行替代，所投入的費(fèi)用都是巨大的，但是考慮到系統(tǒng)升級(jí)后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的提升或者安全水平的提高而言，回報(bào)性也是可觀的。對(duì)于達(dá)到或者接近使用壽命的DCS系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)不僅勢(shì)在必行，更是對(duì)企業(yè)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行負(fù)責(zé)任的表現(xiàn)。而對(duì)于投入使用時(shí)間并不長(zhǎng)的用戶，就需要衡量系統(tǒng)升級(jí)費(fèi)用與升級(jí)后的經(jīng)濟(jì)回報(bào)和安全水平提升的對(duì)比，也就是說(shuō)需要對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)必要性進(jìn)行再次評(píng)估，重點(diǎn)突出系統(tǒng)升級(jí)到來(lái)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)以及機(jī)組安全性提升水平。

2.4 對(duì)系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目規(guī)模以及施工條件評(píng)估

很多時(shí)候，DCS系統(tǒng)升級(jí)僅僅是因?yàn)镈CS系統(tǒng)某一部分功能不能滿足用戶的需求，用戶在確定對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)就需要考慮是對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行整體升級(jí)還是局部進(jìn)行升級(jí)，局部性升級(jí)資金相對(duì)較少就可以滿足用戶的實(shí)際需要，但也存在新系統(tǒng)與老系統(tǒng)兼容性問(wèn)題以及是否會(huì)增加老系統(tǒng)的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)以及后期是不是仍需要對(duì)其它部分升級(jí)的問(wèn)題，這樣就要用戶自行把握了。另外在對(duì)系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目規(guī)模進(jìn)行評(píng)估后，就要考慮進(jìn)行施工的前提條件是否具備，例如是否需要增加盤柜數(shù)量、場(chǎng)地是否滿足需求以及項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組態(tài)、安裝和調(diào)試等方面問(wèn)題，只有各方面條件均滿足的情況下，才具備了系統(tǒng)施工的條件。

DCS系統(tǒng)升級(jí)的可行性評(píng)估也涉及多個(gè)層面，而且各個(gè)因素環(huán)環(huán)相扣，各個(gè)環(huán)節(jié)均滿足要求，才可以判定DCS系統(tǒng)升級(jí)具備可行性。該燃?xì)獍l(fā)電公司在完成了DCS系統(tǒng)升級(jí)必要性評(píng)估后，通過(guò)對(duì)DCS升級(jí)兩個(gè)方案各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，對(duì)升級(jí)所花費(fèi)費(fèi)用和帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)進(jìn)行評(píng)估，將單元機(jī)組A級(jí)檢修作為DCS系統(tǒng)升級(jí)的時(shí)間段，明確項(xiàng)目中升級(jí)范圍和改造效果，最終確定了DCS系統(tǒng)升級(jí)的可行性。

3 結(jié)束語(yǔ)

DCS系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目評(píng)估是一個(gè)涵蓋技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全和工程等多個(gè)方面的綜合性工作，保證項(xiàng)目前期評(píng)估工作的準(zhǔn)確到位是推動(dòng)項(xiàng)目前進(jìn)的必要保障。如果說(shuō)DCS系統(tǒng)升級(jí)必要性評(píng)估是對(duì)系統(tǒng)劣化程度、用戶需求以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等方面點(diǎn)和點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，那DCS系統(tǒng)升級(jí)的可行性就是各個(gè)環(huán)節(jié)串在一起的一條線。必要性是可行性的前提，可行性又反過(guò)來(lái)限制和支持必要性。作為有DCS系統(tǒng)升級(jí)需求的用戶，必須明確自己的工作思路，充分了解和掌握系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及將來(lái)的發(fā)展方向和趨勢(shì)，確定自己的需求和目標(biāo)，嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范和要求，才可以對(duì)DCS系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目做出準(zhǔn)確而客觀的評(píng)估。

參考文獻(xiàn)

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[2]王剛，胡文勝.2號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性和可行性[J].華北電力技術(shù)，2007.

[3]滕會(huì)英，萬(wàn)暉，王蘇華.300MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)從WDPF到OVATION系統(tǒng)的升級(jí)改造[J].中國(guó)電力，2004.

作者簡(jiǎn)介：李小煜（1976-），男，工程師，從事火力發(fā)電行業(yè)熱工專業(yè)技術(shù)研究、咨詢和技術(shù)服務(wù)工作。

李靜豪（1977-），女，高級(jí)工程師，從事市政工程供配電設(shè)計(jì)、自控儀表設(shè)計(jì)以及安防監(jiān)控設(shè)計(jì)。