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DCS系统冗余技术的实现和分析? DCS系统冗余技术的实现和分析 高可靠性是过程控制系统的第一要求。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术,是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。为了达到高可靠性和低失效率相统一的目的,我们通常会在控制系统的设计和应用中采用冗余技术。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性,但是同时也增加了系统的复杂度和设计的难度,应用冗余配置的系统还增加了用户投资。因此,如何合理而有效的进行控制系统冗余设计,是值得研究的课题。 1 :冗余技术 冗余技术概要:冗余技术就是增加多余的设备,以保证系统更加可靠、安全地工作。冗余的分类方法多种多样,按照在系统中所处的位置,冗余可分为元件级、部件级和系统级;按照冗余的程度可分为 1:1 冗余、 1:2 冗余、 1:n 冗余等多种。在当前元器件可靠性不断提高的情况下,和其它形式的冗余方式相比, 1:1 的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方式,如 I/O 卡件冗余、电源冗余、主 控制器 冗余等。因此,目前国内外主流的过程控制系统中大多采用了这种方式。当然,在某些局部设计中也有采用元件级或多种冗余方式组合的成功范例。 控制系统冗余设计的目的 : 系统运行不受局部故障的影响,而且故障部件的维护对整个系统的功能实现没有影响,并可以实现在线维护,使故障部件得到及时的修复。冗余设计会增加系统设计的难度,冗余配置会增加用户系统的投资,但这种投资换来了系统的可靠性,它提高了整个用户系统的平均无故障时间( MTBF ),缩短了平均故障修复时间( MTTR ),因此,应用在重要场合的控制系统,冗余是非常必要的。 二个部件组成的并联系统(互为冗余)与单部件相比,平均无故障时间是原来的 1.5 倍。系统的可用性指标可以用两个参数进行简单的描述,一个是平均无故障时间( MTBF ),另一个是平均修复时间( MTBR )。系统的可用性可用下式表示: 系统可用性= MTBF/(MTBF+MTBR) 当可用性达到 99.999% 时,系统每年停止服务的时间只有 6 分钟。 2 :控制系统冗余的关键技术 冗余是一种高级的可靠性设计技术, 1:1 热冗余也就是所谓的双重化,是其中一种有效的冗余方式,但它并不是两个部件简单的并联运行,而是需要硬件、软件、通讯等协同工作来实现。将互为冗余的两个部件构成一个有机的整体,通常包括以下多个技术要点: 1 )信息同步技术 它是工作、备用部件之间实现无扰动( Bumpless )切换技术的前提,只有按控制实时性要求进行高速有效的信息同步,保证工作、备用部件步调一致地工作,才能实现冗余部件之间的无扰动切换。 在热备用工作方式下,其中一块处于工作状态(工作卡),实现系统的数据采集、运算、控制输出、网 络通 讯等功能;而另一块处于备用状态(备用卡),它实时跟踪工作卡的内部控制状态(即状态同步)。工作 / 备用卡件之间的正 / 负逻辑是互斥的,即一个为工作卡,另一个必定是备用卡;而且它们之间有冗余控制电路(又称工作 / 备用控制电路)和信息通讯电路,以协调两块卡件同时而且有序地运行,保证对外输入输出特性的同一性,即对于用户使用而言,可以认为只有一个部件。一般在设计中,工作、备用部件之间通过高速的冗余通讯通道(串行或并行)实现运行状态互检和控制状态的同步(如组态信息、输出阀位、控制参数等)。 2 )故障检测技术 为了保证系统在出现故障时及时将冗余部分投入工作,必须有高精确的在线故障检测技术,实现故障发现、故障定位、故障隔离和故障报警。故障检测包括电源、微处理器、数据通讯链路、数据总线及 I/O 状态等。其中故障诊断包括故障自诊断和故障互检(工作、备用卡件之间的相互检查) 3 ) 故障仲裁技术和切换技术 精确及时地发现故障后,还需要及时确定故障的部位、分析故障的严重性,依赖前文提到的冗余控制电路,对工作、备用故障状态进行分析、比较和仲裁,以判定是否需要进行工作 / 备用之间的状态切换。控制权切换到冗余备用部件还必须保证快速、安全、无扰动。当处于工作状态的部件出现故障(断电、复位、软件故障、硬件故障等)或者工作部件的故障较备用部件严重时,备用部件必须快速地无扰动地接替工作部件的所有控制任务,对现场控制不造成任何影响。同时要求切换时间应为毫秒级,甚至是微秒级,这样就不会因为该部件的故障而造成外部控制对象的失控或检测信息失效等等。另外,还需要尽快通过网络通讯或就地 LED 显示进行报警,通知用户出现故障的部件和故障情况,以便进行及时维护。 4 )热插拔技术 为了保证容错系统具有高可靠性,必须尽量减少系统的平均修复时间 MTBR 。要做到这一点,在设计上应努力提高单元的独立性、可修复性、故障可维护性。实现故障部件的在线维护和更换也是冗余技术的重要组成部分,它是实现控制系统故障部件快速修复技术的关键。部件的热插拔功能可以在不中断系统正常控制功能的情况下增加或更换组件,使系统平稳地运行。 5 )故障隔离技术 冗余设计时,必须考虑工作、备用部件之间的故障应该做到尽可能互不影响或影响的概率相当小( 0.01% ),即可认为故障是隔离的。这样可以保证:处于备用状态的部件发生故障时,不会影响冗余工作部件或其他关联部件的正常运行,保证冗余的有效性。 3 :冗余技术在控制系统中的应用实现分析 通过控制系统冗余原理与方法的具体分析可以看到,系统的可用性在很大程度上取决于那些 MTBF 值较低而能对系统正常运行造成重大影响的部件,如主控制卡、网络、电源、通讯转发卡等。在系统设计中对关键部件进行冗余设计,可以大大提高系统的可用性。 下面以 SUPCON JX-300X 为例分析冗余的实现方式。 SUPCON JX-300X 型集散控制系统 [1] 的各个部件的冗余,实现了从电源、主控制器、过程控制网络,直至 I/O 卡件的冗余。 JX-300X 型 DCS 采用全智能化、全数字化设计,在此基础上成功地实现了卡件的热插拔、故障诊断、信息同步等前文提到的各项技术。该系统采用典型控制系统三层模型,每个层次内均可冗余配置,而层次之间采用全冗余连接。即整个系统内以冗余过程控制网络( SCnet )和冗余现场 I/O 总线 (SBUS) 为高可靠的连接通道,系统内各个部件的运行和部件之间点对点连接都可冗余。 根据控制系统内各个部件功能定位的不同,采用了具体方式有所差别,具体策略为: 1) 主控制卡的冗余 主控制卡是整个系统的核心控制单元,完成系统的控制任务。而冗余技术各个设计要点在此得到充分应用。互为冗余的两块主控制卡软件、硬件完全一致,它们执行同样的系统软件和应用程序,在工作 / 备用冗余逻辑电路的控制下,其中一个运行在工作状态(工作卡),另外一个运行在备用状态(备用卡),如图 2 所示。工作卡和备用卡之间具有公共的冗余逻辑控制电路和专用的高速对等冗余通讯通道,同时也可以通过 I/O 总线和过程控制网络进行信息交互或故障诊测。互为冗余的主控制卡都能访问 I/O 和过程控制网络,备用模式下的主控制卡执行诊断程序,监视工作卡的状态,通过周期查询工作卡件中的数据存储器,接受工作卡发送的实时控制运行信息。备用处理器可随时保存最新的控制数据,以保证工作 / 备用的无扰动切换,但工作模式下的主控制卡起着控制、输出、实时过程信息发布,等决定性的作用(具有发言权)。冗余技术的关键在于实现信息同步,而信息同步的最终目的是为了实现冗余部件之间无扰动切换。我们把信息同步的方法分为 “ 自然同步 ” 和 “ 强制同步 ” 。 互为冗余的两个主控制卡作为一个整体与外界交换信息(网络通讯、 I/O 通讯 ),共享进入这个整体的输入信息,这就是冗余部件的同一性(也可以称为单一性)。对外输出信息时工作卡掌握主动权,代表这个整体发言,即冗余的协同性。通俗地讲,两个互为冗余的部件,对于用户使用和外部控制对象而言,可被视为一个整体。 为了保证互为冗余的两个卡件具有平等获取外部信息( I/O 通讯、网络通讯)的权利,冗余部件具有同样的通讯接口,保证卡件内输入信息的一致。冗余的两块卡件有各自的通讯通路,只要保证相同的输入信息在两个通信通路上同时进行传输,两块卡件就可以获得相同的信息。这种凭借外部设备实现输入信息的同步称为 “ 自然同步 ” 。 “ 自然同步 ” 发生在冗余系统和外部设备之间。工作卡掌握主动权,代表整体发言,并通过冗余通信将各种状态信息传送给备用卡,达到控制任务的同步,这就是 “ 强制同步 ” 。 “ 强制同步 ” 通过冗余通信使备用卡内部控制状态与工作卡保持一致,它发生在互为冗余的卡件之间。根据变量特性的不同,具体采用的同步方式也各不相同,具体应用如下表:    file:///C:/DOCUME~1/SD_JIT~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.gif    2) 电源系统冗余。 电源是整个控制系统得以正常工作的动力源泉,一旦电源单元发生故障,往往会使整个控制系统的工作中断,造成严重后果。要使控制系统能够安全、可靠、长期、稳定地运行,首先稳定的供电必须得到保证。 JX-300X 型 DCS 采用可热插拔的冗余电源,正常工作时,两台电源各输出一半功率,从而使每一台电源都工作在轻负载状态,有利于电源稳定工作。当其中一台发生故障,短时由另一台接替其工作,并报警。设计为可热插拔的冗余电源,这样系统维护时可以在不影响系统正常运行的情况下更换故障的电源。 3) 网络系统冗余。 采用冗余网卡和冗余网络接口。正常工作时,冗余的两条数据高速通路同时并行运行,自动分摊网络流量,并考虑了负载均衡的冗余设计,使系统网络通信带宽提高。当其中一路故障(网卡损坏或出现线路故障)时,另一路自动地承担全部通信负载,保证通信的正常进行。 4) 冷却系统冗余。 利用 控制柜 内可自动切换的冗余风扇,对风扇和机柜内温度进行实时监测,发现工作风扇故障或柜内温度过高时都会自动报警,并自动启动备用风扇。 5) 信息冗余。 除了硬件部件的冗余, JX-300X 型 DCS 还采用了信息冗余技术,这也是提高系统可靠性的一个重要手段。信息冗余技术是指在通信过程中或存放组态信息(重要信息)时,利用增加的多余信息位提供检错甚至纠错的能力。该系统中 SBUS 总线通讯和 SCnet 控制网络都采用循环冗余码校验 (CRC) 方法。而重要组态信息(如系统配置)在主控制卡内的存放采用 1 : 1 冗余存放,使重要信息具备故障(出错)自我恢复能力,保证系统运行过程中重要信息的安全性。 通过对以上关键部件的冗余设计,可以保证系统具有很高的可用性。 查看更多 0个回答 . 2人已关注
加氢往复式压缩机开机步骤,停机步骤。切换机步骤? 加氢 往复式压缩机 开机步骤,停机步骤。切换机步骤?最好精确到阀门《急急急!提前谢谢给位了?查看更多 6个回答 . 2人已关注
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请教:涂料实验的基本流程? 是先合成新的 树脂 ,完成检测,再加入其它的填料和助剂呢,还是刚研发的树脂和颜料助剂一起加入检测性能?谢谢。查看更多 9个回答 . 3人已关注
湖北省煤矿将于2020年底控制在300处以内? 本文由 盖德化工论坛转载自互联网 13日,记者从湖北省 煤炭 管理工作会上获悉,湖北省政府日前首次出台《关于进一步加强煤炭安全生产工作的实施意见》,明确到2020年底,全省煤矿控制在300处以内。   目前,煤炭行业持续下行,为引导全省煤炭行业发展,省政府出台《意见》指出,目前全省有煤矿388处,今年将完成淘汰落后产能45处,其中关闭15处、改造升级30处。3万吨/年及以下煤矿于2015年底前关闭,9万吨/年以下煤矿2020年底前关闭,9万吨/年以下煤与瓦斯突出煤矿原则不再扩 大生 产能力,于2017年底前关闭。发生较大及以上责任事故的9万吨/年以下煤矿坚决关闭。省淘汰落后产能资金每年将安排2000万元用于支持小煤矿的关闭退出。   针对全省煤企小而零散的现状,《意见》明确引导和激励煤矿企业完成以资源为基础、以产权为纽带的实质性兼并重组。完成兼并重组和具备安全生产条件的煤矿可与相邻煤炭探矿权进行资源整合。   《意见》更进一步严格准入标准,新建煤矿必须达到30万吨/年及以上规模,新建煤与瓦斯突出煤矿必须达到90万吨/年及以上规模。查看更多 0个回答 . 3人已关注
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计量泵的维护与故障解决? 如何更换 计量泵 的隔膜? 1.取下固定泵头的4个螺丝。螺丝位置在计量泵的背面。 2.在泵头松动之后,取下泵头之前,调节冲程长度到0%位置。可以保证电磁轴有足够的压力,保持其连接稳固,这样就可以旋下隔膜。 3.向外拉液力端使螺丝从插孔内脱离。抓住液体端逆时针旋转。稍有些阻力,可以旋下隔膜。 4.一旦隔膜被取下,检查计量泵的安全隔膜,确保其是完好的,没有任何损坏。安装新的隔膜,顺时针旋转背板和隔膜直到贴紧。调节背板,使漏液排出孔位于泵的最底端。 5.在隔膜安装完毕、并且背板漏液排出孔置于垂直位置之后,安装泵头。确保吸液阀与漏液排出孔对齐,液力端的螺丝与相应的4个孔对齐。 6.旋转到冲程长度100%位置。这样可以使整套部件旋转至背板漏液排出孔与泵的最底端对齐。在泵运行过程中调整液力端和隔膜至合适的位置。 7.当液力端连同背板位置调好之后,4个螺栓以对角方式拧紧,直到合适为止。完成这项工作时应用力均匀。 更多内容:普罗名特引领精密计量新潮流 我收到了一个备件包,在取下旧的隔膜时遇到了麻烦。能否就如何拆下旧的隔膜提供一些额外的建议? 通过松开4个泵头螺丝,移动液力端。旋转冲程长度到0%并抓住液力端,然后从螺丝孔滑出 ,那么螺丝不与它们接触,但是还把持着背板和隔膜。然后逆时针旋转此部件,稍有些阻力,隔膜会从电磁轴松动下来。如果隔膜还没有松动,在隔膜和电磁轴的接触表面用些润滑油。放置几分钟后,用一塑胶小锤轻轻敲打隔膜。然后在按照以上描述再次进行。 当采用自吸方式计量 过氧化氢 时,系统内产生气穴。如何解决这个问题? 计量泵安装自排气泵头,采用自灌式吸液。保持吸液管线尽可能短。 计量泵安装、运行之后不计量药液? 1.是否安装了排泄管并且排泄阀闭合?在计量泵引液阶段排泄阀需要打开。注意:并不是所有的计量泵都有排泄阀。 2.在计量泵的吸入端可能有气体泄漏。液力端吸入侧连接件可能缺少O型圈或吸入阀连接松动。 3.计量泵底阀可能阻塞,计量的药液不能通过。 4.计量泵的冲程长度设定不合适。 5.计量的 化学药 品可能在液力端结晶,致使单向阀阀球和阀座不能正常工作。 我正在使用流量监视计量一种高粘度介质,在引液过程中收到了流量故障指示信号,怎么做可以解决这个问题? 对反应时间来说,脉冲持续时间可能不足够长。相对于标准的脉冲宽度80msec,流量监视器脉冲宽度扩展可以被激活,增加脉冲宽度至300msec。 激活智能转换开关,取下固定电路板的护盖, 移走跳线X-1。这样就激活了扩展功能,在故障指示之前允许有更多的时间。 如何防止冲程定位马达烧毁? 在调节冲程位置时,确保计量泵的电机始终在运转。如果计量泵电机没有运转,冲程长度调节杆要抵抗压缩弹簧的张力,这样会导致冲程定位马达过早损坏。查看更多 0个回答 . 3人已关注
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简介
职业:福建大力石油化工有限公司 - 分析员
学校:濮阳职业技术学院 - 石化系
地区:福建省
个人简介:暑假还真是无聊,寻寻觅觅、隐隐藏藏、吃吃喝喝,日子一天天地过去。可悲啊......查看更多
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