DCS控制系统模件冗余电源的实现

夏莹 张利斌

摘 要：随着我国智能化科技的发展，冗余技术被广泛地运用到各种系统当中，其中在常见的DCS控制系统当中，冗余技术得到了充分的展现，本文将着重强调DCS控制系统当中冗余技术的技术要点以及着重分析冗余电源在DCS控制系统当中的实际运用。通过对这种冗余技术的合理化应用，以达到增强系统设备或者是计算机的可靠性与安全性的目的。

关键词：DCS控制系统；冗余电源；技术要点；实际运用

冗余电源一般指的是，当设备开始工作的时候，其中一个电源提供电能，另外一个电源作为备用电源，假如其中一个电源出现一定问题不能够正常工作的时候，另一个电源马上结束休眠状态投入供电工作当中。冗余技术的方法不是单一的，而是多种多样的，主要有元件级，部件级和系统级。如果用冗余的程度来进行区别划分的话，又可以细分为1：1冗余，1：2冗余，1：n冗余[ 1 ]。

一、简述冗余电源在DCS 系统当中的运用

如果说水是生命之源，那么冗余电源就是这个DCS控制系统的动力源泉。如果电源发生故障，那么整个控制系统，都会突然中断甚至崩溃，造成不可忽视的影响。所以，为了在使用过程当中，控制系统能够长期、稳定、可靠的运行，保持充足的供電是非常有必要的。

一般情况下，在DCS控制系统当中，典型的JX-300X型控制系统采用的冗余电源就是可热插拔的，当时使用这种冗余电源进行正常工作的时候，共有两台电源，每台电源各出一半的功率。那么，每一台电源都处于负载很轻的状态，那么这样就有效保持了电源的稳定。如果出现意外，其中一台电源发生了故障，那么届时另外一台电源就会立马接替它的工作，并且发出警报。运用这种冗余电源的技术，在大型设备的维护当中是非常可行有效的，如果发生了故障，维修的时候也不会对系统的正常运行产生太大的影响。

二、冗余技术在DCS 系统运用中的要点分析

（一）信息的同步技术

在合格的冗余电路当中，一般都有与之相匹配的信息通讯电路。工作方式采用“热备用”的方法，相当于是准备两个工作设备，其中一个主要的功能就是实现对系统数据的采集，并且对采集的数据做出运算分析，在此过程中合理的控制输入输出，进行网络通讯等功能[ 2 ]。而自然而然留下的另外一个工作设备，它的功能主要就是对前面那个一直处于工作状态的设备进行监督跟踪，并且把它的工作状态实时同步到计算机上面。两个设备因为冗余控制电路的关系，一直有序的工作着，保证输出功率与输入功率的特性的统一，虽然对于使用用户而言，这种设备相当于看成是一个统一的部件，但是在实际的设计操作当中，它往往具有非常复杂的内部环境，设计步骤相当严格，每一步都不可或缺。在保持“瞬时记忆”方面，信息的同步技术发挥了非常巨大的作用。

（二）故障的检测技术

人们之所以运用冗余电源，主要还是为了使故障得以有效的解决，所以，哪怕运用了冗余电源，依然有可能使系统发生其他方面的故障，所以，一个强而有力的故障检测技术是非常有必要的。而且这种检测系统必须没在线检测系统。发现故障，并且定位故障，从而隔离故障，当然在此过程中，故障报警是一直存在的。故障的检测范围主要包括，数据总线，数据通讯链路，微处理器，和电源等。当进行故障诊断的时候，有些设备能够对于自身部件进行故障自诊，还有就是接受不同工作任务的相同设备进行故障互检。（工作设备与备用设备之间的互相检查）

（三）故障的仲裁技术

通过故障检测技术发现了问题部位，我们还是要对发生故障的部位进行分析和修护。其中修复的第一步就是为了确保系统的稳定进行，切换工作状态，运用冗余备用部件的时候，必须要保证快速，安全，准确的切换。然后再对发生故障的部件进行维修，补换。只有这样快速的切换才能够有效防止外部控制对象突然失去控制或者是检测的信息突然失效的等等意外情况的发生，所以在切换“工作”与“休眠”两种状态的时候，果断的“仲裁”是非常有必要的。

（四）热插拔技术

系统的修复一般是需要一定时间的，但是保证冗余系统高效可靠的进行，缩短平均修复时间这个行为必须加快进行。在系统设计上，我们也应该加强提高单元的可修复性，独立性及故障可维护性[ 3 ]。冗余技术当中，实现故障部件的在线维护及其障碍部件的更换，占领了重要的技术成分，这两点也是快速修复技术的关键所在。在保证不中断系统正常运行的情况下，部件的热插拔功能可以使相关设备在增加或者更换组件的时候，仍然使系统保持平稳运行。

（五）故障的隔离技术

在进行冗余部件设计的时候，应该使各个部件都尽可能的分离开来，尽可能的做到各个部件之间互不影响，或者影响甚微的效果。这样不仅有利于工作的正常运行，而且，当遇到意外故障发生的时候，维修的时候也更好地确定故障部位，而且在维修的时候也能够避免对其他正常部件进行不必要的更换，或者是更换错误。在此过程中，故障的隔离技术就显得尤为重要了。

三、总结

在DCS系统当中，我能够知道直观的了解到冗余技术的各项应用，比如，主控制卡的冗余，电源系统的冗余，网络系统的冗余，冷却系统的冗余，以及信息冗余等等，但本文主要详细分析了电源冗余在DCS系统当中的运用，但是各种冗余应用之间的联系都是非常紧密的，举一反三非常有必要。其中本文所介绍的信息的同步技术，故障的检测技术，故障的仲裁技术，热插拔技术，故障的隔离技术等都是冗余技术当中有一定地位的技术。相信阅读本文之后，大家都对此有了一定的概念框架。冗余电源的技术开发还在持续不断的进步当中，相信在不久的未来，不仅是冗余电源这一项应用，冗余技术也会在越来越广泛的领域当中被运用起来。

参考文献：

[1] 于灏，张伟刚，运乃元.DCS控制系统模件冗余电源的实现[J].科研，2016（7）：00127.

[2] 杨鹏玉，李业君.DCS控制器子系统冗余的改进与应用[J].油气综合利用工程，2015（4）：27-32.

[3] 姚恩德，叶非.集散型控制系统冗余方式的探讨[J].自动化仪表，2013，20（4）：21-30.

作者简介：夏莹（1981-），女，江苏泰州人，汉族，硕士，讲师，研究方向：电子与电气技术；张利斌（1988-），男，汉族，辽宁喀左人，本科。