基于故障树的核电厂过程控制DCS系统可靠性分析

• 作 者: 王眷卫 杨栋
• 出 处: 数字化用户
• 发表日期: 2013年13期
• 关键词: 故障树 核电厂 过程控制 系统 可靠性水平 可靠性检测 建模分析 树方法 可用性 试验 评估

　　【摘 要】利用故障树方法对核电厂过程仪控DCS系统的可靠性进行分析，分析结果有助于在没有实际试验进行可靠性检测的前提下评估DCS系统本身的可靠性水平。通过建模分析，得出已知系统的可用性为99.2%。
　　一、引言
　　随着自动化技术和信息技术的发展，核电厂的仪控系统也发展为全数字化仪控系统。DCS控制系统在核电厂的应用不断增加，可靠性也成为衡量控制系统性能的一个决定性指标。本文专注于DCS系统本身的可靠性分析，而核电厂整体仪控系统可靠性应结合工艺过程和现场设备进行综合分析。
　　衡量系统的可靠性可通过故障率、平均无故障时间（MTBF）、平均故障前时间（MTTF）、平均修复时间（MTTR）和可用性进行描述。故障树方法利用故障模型对系统的一个特定事件（通常为失效）与引起失效的基本事件用演绎法组织起来，并用布尔失效逻辑的图形表示[1]。一般用于大型系统的可靠性、安全性分析和风险评估[2]。
　　二、过程控制DCS系统
　　DCS系统的结构通常定义为四层，分别为：现场仪表层、控制裝置单元层、工厂管理层和企业管理层。一、二层的功能紧密相连，因此本文针对一、二层设备对可靠性进行分析。
　　（一）系统结构
　　一层设备由控制站、冗余网络和通讯站组成，分别执行数据采集与逻辑控制、控制数据传输和第三方通讯功能。实时控制数据通过连接一二层的服务器传输到二层网络，并将必要的信息系统给操纵员站。同样，操纵员站的操作指令也通过上述回路对现场设备进行控制。
　　（二）相关设备
　　控制器、I/O模块、电源、一层和二层交换机态信息、服务器、显示站和显示器、计算站、通讯站2.3 设备可靠性基础数据通过对实际的过程仪控DCS设备的可靠性数据进行整理，得出本文所依据的单一设备可靠性参数，如表1。
　　三、故障树建模与可靠性分析过程
　　（一）控制站
　　（二）通讯网络
　　（三）操纵员站
　　（四）过程控制DCS系统的整体分析
　　四、结论
　　整个系统的平均修复时间MTTR为4h，通过计算，可得此过程系统DCS系统的可用性为99.2%。 本文对系统可靠性进行了定量分析，也可使用例如失效模式影响分析对产品进行定性分析[3]，这是对可靠性分析和安全性评估非常重要的补充。在评估一个已知系统的可用性，且没有条件进行测试试验的情况下，本文中所描述的可靠性计算方法也可作为参考数据。此外，除了进行控制系统设备可靠性分析，软件可靠性对系统的影响也同样需要重视。
　　参考文献：
　　[1] 程五一， 王贵和， 吕建国. 系统可靠性理论[ M ] . 北京： 中国建筑工业出版；
　　[2] 陈明，张京，等.控制系统可靠性设计[M].西安：西北工业大学出版社， 2006：6-12.
　　[3] Dhillon， B. S. and Reiche， H. 1985. Reliability and Maintainability Management， Va