DCS系统升级必要性和可行性的评估

李小煜 李静豪

摘 要：针对DCS系统升级的必要性和可行性评估问题进行论述，结合DCS系统发展方向和趋势，总结和归纳DCS系统运行中出现的性能劣化、用户需求提升、物资采购和技术支持中存在的问题以验证系统升级的必要性，并对系统升级方案选取、工期计划、费用以及施工条件的评估进行说明，以确保DCS系统项目评估的准确性和可执行性。

关键词：DCS系统；升级；必要性；可行性；评估

引言

DCS系统，即Distributed Control System， 集散控制系统。于上世纪八十年代被人们逐渐熟悉，经过近三十年的发展，目前已经成为发电及石化行业生产运行的主要控制手段。由于计算机应用技术水平的不断提高，在DCS系统选型时，用户不仅满足于系统的可用性，同时会考虑DCS系统人机界面的友好性和开放性以及DCS系统升级的可能性。而DCS系统运行一段时间后，出于系统自身属性和用户要求改变等因素考虑，是否对DCS系统进行升级以及如何对DCS系统进行升级就成为使用者必须面对的问题。

1 DCS系统升级的必要性

1.1 DCS系统性能劣化是系统升级需求的根本原因

在DCS系统初期投入使用时，技术参数一般会略高于设计规格，充分满足用户的使用需求。但是在系统使用过程中，伴随性能参数劣化造成与用户需求的逐渐偏离，最终导致系统性能与用户要求的不匹配，而用户为满足生产的实际需要不得不考虑系统升级的问题。（1）系统设备自身老化造成的系统性能劣化。由于发电行业生产的特殊性，DCS系统常年带电工作，受到电子元器件使用寿命限制、系统设备工作中自身发热和产生的磁场相互影响、频繁操作以及误操作带来的设备损害，使得系统设备的使用寿命往往低于设计值，也造成系统设备性能劣化现象在达到某一阶段后呈现爆发式和全面性上升的趋势。另外由于系统设备故障存在不可预测性和不易检测性，很难在故障出现前采取有效的应对措施，一旦出现故障往往直接影响到机组运行的稳定性和安全性，甚至造成不可逆转的影响。（2）系统内部软件升级造成的系统性能劣化。在系统投入运行后，由于系统软件本身升级需要和软硬件配合需求以及打补丁的需要，系统容量空间被占用，通信和计算处理等裕度也会受到影响，运行负荷不断升高，造成系统处理速率降低，严重时甚至造成通讯阻塞和中断。（3）用户调整系统造成的系统性能劣化。在机组投入运行后，用户在对DCS系统使用中会对系统控制内容进行调整，有些工作需要改变系统硬件甚至改变系统的网络架构，这样会对系统原有设计的裕量和系统负荷产生影响，严重的话会造成系统超负荷运行或者运行工况异常。[1]

1.2 用户需求提升是系统升级的必要条件

由于用户在使用中会根据自己的实际需要，增加DCS系统的控制范围、增加与外部数据的通讯量、增加更多的性能计算功能等要求，原有的DCS系统的各项技术指标的固化造成对于用户要求的响应程度会越来越难，造成用户在使用中逐渐感觉到越来越不方便，不得不将系统升级列入日程安排。

1.3 计算机应用技术提升是DCS系统升级的关键性因素

随着计算机应用技术的不断提升，更多的新兴技术进入工控行业，特别是近年来计算机硬件技术和通讯技术的突飞猛进，也带动了DCS系统更新换代的速度。DCS系统厂家在进行设备更新换代时给原系统使用者带来了很多不便，也让用户了解到新技术带来的便捷，用户对待DCS系统升级的问题由被动接受变为主动寻求。

（1）计算机应用技术提升造成设备厂家技术转型。在计算机应用技术飞速发展的当前社会，面对日益严峻的市场竞争，DCS系统生产厂家会将更多关注和技术力量投入新产品研发和应用方面，原有系统技术支持人员因为流失或被动转型，对原有DCS系统的技术支持力量不足，造成系统用户在遇到重大问题时因得不到足够的技术支持而无力解决，使得用户不得不放弃继续使用现有的DCS系统。（2）计算机应用技术提升造成设备厂家设备更新换代。随着计算机应用技术提升，DCS系统生产厂家也在不断更新自己的硬件设备，原来设备的生产线纷纷停产或升级，造成老旧设备的备品备件断货，系统用户采购周期和费用控制难度增加，而DCS系统的固化设计使得设备兼容性很难得到保障，系统维护难度增加。[2]（3）计算机应用技术提升让用户对于控制策略和控制手段要求提升成为可能。在计算机应用技术得到提升的同时，更多的控制策略在发电行业得到应用，如神经网络、模糊控制和自适应控制等先进的控制理论在新建项目中得到应用，控制手段的先进性让发电行业受益匪浅，也让原有系统因为技术方面的局限受到冲击，用户会通过DCS系统升级来实现系统性能和工艺水平的提升。（4）计算机应用技术提升让用户可以有更多的选择空间。原有DCS系统在选择时因为受限于当时的计算机应用技术选择空间并不大，但随着计算机应用技术提升，选择兼容性更强、人机界面更友好、系统容量更大的DCS系统就成为可能，也使得专业技术人员能够更主动地接受DCS升级。

1.4 原有DCS系统因故障无法继续运行或存在重大隐患是用户不得不对DCS系统升级的最无奈的选择

系统运行中，由于系统设备老化或损坏，但由于备品备件无法采购或技术支持力量缺失造成DCS系统无法正常工作或“带病”工作，严重时会影响机组的运行，这种情况大多是由于对于DCS系统缺乏正确有有效的评估造成的，在这种情况下而不得不选择对DCS系统升级，由于DCS系统升级工作过于仓促，造成DCS系统升级效果受到影响。某电厂DCS系统是从常规仪表控制改造而来，改造工期紧张，在改造完毕后，出现了测点数量不足、报警信息缺失、控制逻辑不严谨的问题，给机组运行带来极大不便。

综上所述，对DCS系统进行升级的必要性可能是多方面的，寻求必要性中的关键点，是推动DCS系统升级的首要前提。某燃气发电公司采用的控制系统为某公司上世纪九十年代的产品，在投产后不久就出现人机接口不友好、系统兼容性差、备品备件采购困难、技术支持力量不足等问题，在运行中陆续发生各种DCS系统故障，在系统维护人员陆续流失的情况下，通过对DCS系统设备老化、备品备件和技术支持保证性降低和优化机组控制手段等问题的重点关注，确定DCS系统升级的必要性。考虑升级一台机组DCS系统，将升级后更换下来的设备作为另一台机组DCS系统的备品备件，节余的备品备件费用就超出系统升级所需费用，再考虑到采购周期以及备品备件的应急效应，用最小的投入换取最大的经济回报。

2 DCS系统升级的可行性

对于DCS系统升级的可行性评估需要从多个角度来完成，需要考虑升级方案的可行性评估、系统升级工期与评估、系统升级费用评估和系统升级项目规模以及施工条件评估等方面，只有在各方面经过评估后，才能判定DCS系统升级项目是否真正具备可行性。

2.1 对DCS系统升级方案的可行性评估

DCS系统常规意义上的升级，一般有两种方式：一种是在原系统的基础上升级到高版本系统；另外一种是用其它厂家的DCS系统进行替代。因为两种方案对于系统改造范围、改造工作量、技术保障力度、技术攻关与关键技术破解等方面可能存在较大差异，可以说各有利弊，需要从技术层面、安全方面和投资以及回报等方面进行全面性的比较，选择切实可行的升级方案。[3]

2.2 对系统升级工期进行评估

将目前使用的DCS系统升级到新的DCS系统，该项工作量和完成时间无疑都是巨大的，在机组运行中很难安排专门的时间来完成该项工作，一般会选择将系统升级放在机组等级检修中完成，因此在确定改造方案和工作范围时DCS系统升级项目的完成所需要的时间是否与检修计划的一致就成了可行性评估的重要一项。

2.3 对系统升级费用评估

对于DCS系统升级，出发点往往有两个，就是经济性和安全性。不管选择将DCS系统升级到高版本系统或者对现有DCS系统进行替代，所投入的费用都是巨大的，但是考虑到系统升级后带来的经济效益的提升或者安全水平的提高而言，回报性也是可观的。对于达到或者接近使用寿命的DCS系统，对系统进行升级不仅势在必行，更是对企业安全、稳定的运行负责任的表现。而对于投入使用时间并不长的用户，就需要衡量系统升级费用与升级后的经济回报和安全水平提升的对比，也就是说需要对DCS系统升级必要性进行再次评估，重点突出系统升级到来的经济回报以及机组安全性提升水平。

2.4 对系统升级项目规模以及施工条件评估

很多时候，DCS系统升级仅仅是因为DCS系统某一部分功能不能满足用户的需求，用户在确定对DCS系统进行升级时就需要考虑是对DCS系统进行整体升级还是局部进行升级，局部性升级资金相对较少就可以满足用户的实际需要，但也存在新系统与老系统兼容性问题以及是否会增加老系统的系统负担以及后期是不是仍需要对其它部分升级的问题，这样就要用户自行把握了。另外在对系统升级项目规模进行评估后，就要考虑进行施工的前提条件是否具备，例如是否需要增加盘柜数量、场地是否满足需求以及项目从设计、系统组态、安装和调试等方面问题，只有各方面条件均满足的情况下，才具备了系统施工的条件。

DCS系统升级的可行性评估也涉及多个层面，而且各个因素环环相扣，各个环节均满足要求，才可以判定DCS系统升级具备可行性。该燃气发电公司在完成了DCS系统升级必要性评估后，通过对DCS升级两个方案各项指标进行权衡，对升级所花费费用和带来的经济回报进行评估，将单元机组A级检修作为DCS系统升级的时间段，明确项目中升级范围和改造效果，最终确定了DCS系统升级的可行性。

3 结束语

DCS系统升级项目评估是一个涵盖技术、经济、安全和工程等多个方面的综合性工作，保证项目前期评估工作的准确到位是推动项目前进的必要保障。如果说DCS系统升级必要性评估是对系统劣化程度、用户需求以及计算机应用技术等方面点和点的关联，那DCS系统升级的可行性就是各个环节串在一起的一条线。必要性是可行性的前提，可行性又反过来限制和支持必要性。作为有DCS系统升级需求的用户，必须明确自己的工作思路，充分了解和掌握系统的现状以及将来的发展方向和趋势，确定自己的需求和目标，严格执行技术规范和要求，才可以对DCS系统升级项目做出准确而客观的评估。

参考文献

[1]曹煜，司云超.电厂DCS系统的扩容与升级改造[J].电力自动化设备，2004.

[2]王刚，胡文胜.2号机组DCS系统升级改造的必要性和可行性[J].华北电力技术，2007.

[3]滕会英，万晖，王苏华.300MW机组分散控制系统从WDPF到OVATION系统的升级改造[J].中国电力，2004.

作者简介：李小煜（1976-），男，工程师，从事火力发电行业热工专业技术研究、咨询和技术服务工作。

李静豪（1977-），女，高级工程师，从事市政工程供配电设计、自控仪表设计以及安防监控设计。