本發(fā)明涉及一種對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)可靠性評(píng)定的方法，屬于控制系統(tǒng)的可靠性評(píng)定技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力行業(yè)的發(fā)展和控制行業(yè)水平的逐漸提高，生產(chǎn)過程所要求的過程控制、監(jiān)視、管理水平不斷提高，作為電廠控制核心的分布式控制系統(tǒng)(DCS)已成為重要的組成部分。DCS的功能幾乎涵蓋了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的所有設(shè)備和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)、電氣控制系統(tǒng)(ECS)等。

為了避免由于DCS系統(tǒng)本身故障造成經(jīng)濟(jì)損失，以及響應(yīng)節(jié)能減排和減員增效的要求，DCS系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要。

已報(bào)道的技術(shù)方案有很多關(guān)于DCS可靠性的評(píng)定方法，大量文獻(xiàn)資料也是通過統(tǒng)計(jì)手段定性、定量分析了硬件、網(wǎng)絡(luò)、電源等因素對(duì)整體DCS可靠性的評(píng)價(jià)。而對(duì)于分幾個(gè)不同的操作級(jí)別，來進(jìn)行運(yùn)行操作的分級(jí)可靠性評(píng)定的方法，目前還未見公開報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于不同操作級(jí)別下的DCS的分級(jí)可靠性，以及以此為基礎(chǔ)對(duì)總體系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種控制系統(tǒng)的分級(jí)可靠性評(píng)定方法，其特征在于：該方法由以下5個(gè)步驟組成：

步驟1：基于分級(jí)權(quán)值系數(shù)確定

在一個(gè)系統(tǒng)中，一般有以下幾個(gè)不同的級(jí)別來進(jìn)行運(yùn)行操作：可以現(xiàn)場(chǎng)操作，可以運(yùn)行員在分布式控制系統(tǒng)DCS遠(yuǎn)控手動(dòng)操作，可以投入單體自動(dòng)控制，可以通過遠(yuǎn)方給定控制；這就要求除了定量計(jì)算每個(gè)單元的可靠度，還要計(jì)算每個(gè)單元在考慮不同級(jí)別要求下系統(tǒng)的可靠度，為此引入了分級(jí)權(quán)值來進(jìn)一步精確衡量系統(tǒng)的可靠度；

將分級(jí)權(quán)值記為ω，ω的值域?yàn)閇0，1]；若ω越接近1，則該單元在系統(tǒng)中的重要性越高，反之則越低；

對(duì)于一般串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)，其可靠度如下：

a)串聯(lián)系統(tǒng)的改進(jìn)型可靠度為

R_s(t)＝(ω₁R₁(t))(ω₂R₂(t))...(ω_nR_n(t)) (ω_i≠0)

如果ω_i＝0，則取ω_iR_i(t)＝1；

其中，ω_i為第i個(gè)單元的分級(jí)權(quán)值，R_i(t)為第i個(gè)單元的可靠度，i＝1，2，...，n，n為不小于1的整數(shù)；

b)并聯(lián)系統(tǒng)的改進(jìn)型可靠度為

R_s(t)＝1-(1-ω₁R₁(t))(1-ω₂R₂(t))(1-ω₃R₃(t))...(1-ω_nR_n(t))

其中，ω_i為第i個(gè)單元的分級(jí)權(quán)值，R_i(t)為第i個(gè)單元的可靠度，i＝1，2，...，n，n為不小于1的整數(shù)；

步驟2：功能完整修正系數(shù)確定

由于在不同操作級(jí)別下對(duì)功能實(shí)現(xiàn)的完整性有影響，因此引入功能完整修正系數(shù)ε來修正可靠度；

步驟3：確認(rèn)單個(gè)子系統(tǒng)對(duì)總系統(tǒng)的影響因子

影響因子計(jì)為f，其值域?yàn)閇0，1]；

若f越大，則該子系統(tǒng)在總系統(tǒng)中的重要性越高，反之則越低；

步驟4：不同級(jí)別下總系統(tǒng)的可靠度計(jì)算

其中，f_i為第i個(gè)子系統(tǒng)對(duì)總系統(tǒng)的影響因子，i＝1，2，...，k；k為不小于1的整數(shù)；

R′_Si(t)為功能完整修正系數(shù)修正后的第i個(gè)子系統(tǒng)回路的可靠度；

根據(jù)不同子系統(tǒng)在系統(tǒng)安全生產(chǎn)過程中起的作用，對(duì)于不同子系統(tǒng)設(shè)置該子系統(tǒng)的影響因子；

步驟5：分級(jí)可靠度判定

在不同的級(jí)別要求下，其可靠度要求值不同；設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以現(xiàn)場(chǎng)操作要求的可靠度為C₁，可以運(yùn)行員在分布式控制系統(tǒng)DCS遠(yuǎn)控操作要求的可靠度為C₂，可以投入單體自動(dòng)控制要求的可靠度為C₃，可以進(jìn)行遠(yuǎn)方給定控制要求的可靠度為C₄，其中C₁＜C₂＜C₃＜C₄；

如果在現(xiàn)場(chǎng)操作要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₁，則建議立即停機(jī)進(jìn)行消缺；如果在運(yùn)行員DCS遠(yuǎn)控要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₂，則建議停機(jī)進(jìn)行消缺；如果在單體自動(dòng)控制要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₃，則建議加強(qiáng)監(jiān)控；如果在遠(yuǎn)方給定控制要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₄，則說明系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。

優(yōu)選地，所述步驟1中，對(duì)于混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度如下：

1)并-串混聯(lián)系統(tǒng)(先并聯(lián)后串聯(lián))的改進(jìn)型可靠度為

其中，ω_ij表示第j個(gè)單元對(duì)第i個(gè)系統(tǒng)的分級(jí)權(quán)值，j＝1，2，...，n，i＝1，2，...，m_j，i、j均為整數(shù)；R_ij(t)為第j個(gè)單元對(duì)第i個(gè)系統(tǒng)的可靠度；

2)串-并混聯(lián)系統(tǒng)(先串聯(lián)后并聯(lián))的改進(jìn)型可靠度為

其中，ω_ij表示第j個(gè)單元對(duì)第i個(gè)系統(tǒng)的分級(jí)權(quán)值，j＝1，2，...，n，i＝1，2，...，m_i，i、j均為整數(shù)；R_ij(t)為第j個(gè)單元對(duì)第i個(gè)系統(tǒng)的可靠度。

優(yōu)選地，所述步驟2中，采用現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.25，運(yùn)行員在分布式控制系統(tǒng)DCS遠(yuǎn)控手動(dòng)操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.5，采用投入單體自動(dòng)控制級(jí)別下操作可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.75，采用遠(yuǎn)方自動(dòng)控制操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝1。

本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過判定在不同操作級(jí)別要求下的可靠度，從而在檢修結(jié)束啟機(jī)和調(diào)試結(jié)束啟機(jī)時(shí)，來全面分級(jí)衡量判斷是否滿足可靠性條件。通過對(duì)可靠度進(jìn)行分析，并且在計(jì)算可靠度的基礎(chǔ)上進(jìn)行平均故障修復(fù)時(shí)間以及可用率的分析，從而為電廠壽期服務(wù)提供很好的參考。

附圖說明

圖1為控制系統(tǒng)的分級(jí)可靠性評(píng)定方法的流程圖；

圖2為本實(shí)施例混聯(lián)回路的可靠度分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

圖1為控制系統(tǒng)的分級(jí)可靠性評(píng)定方法的流程圖，本實(shí)施例中，某廠的MCS回路為一個(gè)典型的功率控制回路，有四個(gè)操作級(jí)別：現(xiàn)場(chǎng)操作，運(yùn)行員在DCS遠(yuǎn)控手動(dòng)操作，投入本地自動(dòng)控制，遠(yuǎn)方自動(dòng)控制。

步驟1：基于分級(jí)權(quán)值系數(shù)確定

在分析該回路的可靠度時(shí)，同樣假定不考慮各個(gè)單元間連接的接線和通訊的可靠性，設(shè)各個(gè)功率測(cè)量值為冗余配置互不相關(guān)且其可靠度為R₁(t)，控制器的可靠度為R₅(t)，輸入AI卡件的可靠度為R₃(t)，PID設(shè)置合理有效的可靠度為R₄(t)，遠(yuǎn)方畫面正確以及偏置設(shè)定合理有效的可靠度為R₅(t)，手操站A/M畫面正確以及設(shè)置合理有效的可靠度為R₆(t)，輸出AO卡件的可靠度為R₇(t)，油動(dòng)機(jī)的可靠度為R₈(t)，閥門的可靠度為R₉(t)等，則轉(zhuǎn)換為串并聯(lián)回路可靠度分析，如圖2所示。

則三個(gè)功率測(cè)量單元組成的系統(tǒng)為并聯(lián)回路，其可靠度為1-[1-R₁(t)]³；其余均為串聯(lián)回路，則該MCS的回路可靠度為

(1-[1-R₁(t)]³)·R₂(t)·R₃(t)·R₄(t)·R₅(t)·R₆(t)·R₇(t)·R₈(t)·R₉(t)

同時(shí)再考慮各個(gè)不同級(jí)別的可靠性中的分級(jí)權(quán)值ω_i，設(shè)ω₁-ω₉分別為各個(gè)單元的分級(jí)權(quán)值，則該MCS回路的可靠度為

(1-ω₁³[1-R₁(t)]³)·(ω₂R₂(t))·(ω₃R₃(t))·(ω₄R4(t))·(ω₅R₅(t))·(ω₆R₆(t))·(ω₇R₇(t))·(ω₈R₈(t))·(ω₉R₉(t))ω_i≠0

如果ω_i＝0，則取ω_iR_i(t)＝1

1)若考慮級(jí)別為僅操作員手動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)功率控制，則相關(guān)單元的分級(jí)權(quán)值為1，

(1-ω₁³[1-R₁(t)]³)·(ω₂R₂(t))·(ω₃R₃(t))·(ω₆R₆(t))·(ω₇R₇(t))·(ω₈R₈(t))·(ω₉R₉(t))

2)若考慮級(jí)別為本地自動(dòng)控制，則在1)的基礎(chǔ)上考慮PID的可靠度，ω₄＝1，則該MCS的回路可靠度為

(1-ω₁³[1-R₁(t)]³)·(ω₂R₂(t))·(ω₃R₃(t))·(ω₄R₄(t))·(ω₆R₆(t))·(ω₇R₇(t)).(ω₈R₈(t))·(ω₉R₉(t))

3)若考慮級(jí)別為遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，則在2)的基礎(chǔ)上考慮遠(yuǎn)方畫面正確以及偏置設(shè)定合理有效的可靠度，ω₅＝1，則該MCS的回路可靠度為

(1-ω₁³[1-R₁(t)]³)·(ω₂R₂(t))·(ω₃R₃(t))·(ω₄R₄(t))·(ω₅R₅(t))·(ω₆R₆(t)).(ω₇R₇(t))·(ω₈R₈(t))·(ω₉R₉(t))

步驟2：功能完整修正系數(shù)確定

由于在不同操作級(jí)別下對(duì)功能實(shí)現(xiàn)的完整性有影響，因此引入功能完整系數(shù)ε來修正可靠度，一般?。翰捎矛F(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.25，運(yùn)行員在DCS遠(yuǎn)控手動(dòng)操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.5，采用投入單體自動(dòng)控制級(jí)別下操作可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝0.75，采用遠(yuǎn)方自動(dòng)控制操作級(jí)別下可靠度的功能完整修正系數(shù)ε＝1。

步驟3：確認(rèn)單個(gè)子系統(tǒng)對(duì)總系統(tǒng)的影響因子

影響因子記為f_i(i＝1，2，…，n，n為不小于1的整數(shù))，其值域?yàn)閇0，1]；若f_i越大，則該子系統(tǒng)在總系統(tǒng)中的重要性越高，反之則越低。

步驟4：不同級(jí)別下總系統(tǒng)的可靠度計(jì)算：

R′_Si(t)為修正后的子系統(tǒng)回路的可靠度。

其中，根據(jù)不同子系統(tǒng)在系統(tǒng)安全生產(chǎn)過程中起的作用，對(duì)于不同子系統(tǒng)設(shè)置該子系統(tǒng)的影響因子；對(duì)于一些重要的保護(hù)回路，其影響因子設(shè)置為f_i最大；對(duì)于一些重要的設(shè)備子系統(tǒng)和一些涉及到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要MCS子系統(tǒng)，其影響因子f_i設(shè)置為較大。

步驟5：分級(jí)可靠度判定，是否滿足要求。在不同的級(jí)別要求下，其可靠度要求值不同。設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以現(xiàn)場(chǎng)操作要求的可靠度為C₁，可以運(yùn)行員在DCS遠(yuǎn)控操作要求的可靠度為C₂，可以投入單體自動(dòng)控制要求的可靠度為C₃，可以進(jìn)行遠(yuǎn)方給定控制要求的可靠度為C₄，其中C₁＜C₂＜C₃＜C₄。

如果在現(xiàn)場(chǎng)操作要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₁，則建議立即停機(jī)進(jìn)行消缺；如果在運(yùn)行員DCS遠(yuǎn)控要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₂，則建議停機(jī)進(jìn)行消缺；如果在單體自動(dòng)控制要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₃，則建議加強(qiáng)監(jiān)控；如果在遠(yuǎn)方給定控制要求級(jí)別下計(jì)算的系統(tǒng)可靠度R＜C₄，則說明系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。