Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt, wie die Zuverlässigkeit eines DCS-Leitsystems aus der Perspektive der Leitsystemauswahl, der Anlageninstallation, der Programmgestaltung, der Inbetriebnahme und Abnahme sowie der technischen Schulung verbessert werden kann. Die Stärkung des Personalsicherheitsmanagements und der technischen Schulung sowie die Optimierung und Verbesserung der Anlagen sind entscheidende Aspekte zur Steigerung der Zuverlässigkeit von Kraftwerken im gesamten Produktionsprozess. Für Kraftwerke ist die Zuverlässigkeit der Stromerzeugungsanlagen ein umfassender Indikator, der im Wesentlichen folgende Kennzahlen umfasst: Anzahl ungeplanter Ausfälle, äquivalenter Verfügbarkeitsfaktor, äquivalenter ungeplanter Ausfallfaktor, Anzahl der reduzierten Produktionszeiten und Betriebsstunden. Diese Kennzahlen ermöglichen ein umfassendes Verständnis des sicheren und stabilen Betriebsniveaus eines Kraftwerks. Angesichts der zunehmend angespannten Energieversorgungslage gewinnt die Verbesserung der Anlagenzuverlässigkeit in Kraftwerken immer mehr an Bedeutung. Basierend auf der langjährigen Erfahrung des Autors in der Instandhaltung von Wärmeleitsystemen in Kraftwerken beschreibt dieser Artikel, wie die Zuverlässigkeit eines DCS-Leitsystems aus der Perspektive der Leitsystemauswahl, der Anlageninstallation, der Programmgestaltung, der Inbetriebnahme und Abnahme sowie der technischen Schulung verbessert werden kann. 1. Zuverlässigkeit von DCS-Steuerungssystemen: Mit der Entwicklung der Volkswirtschaft und dem steigenden Lebensstandard der Bevölkerung rückt die Bedeutung von Elektrizität für die Volkswirtschaft und die Verbesserung des Lebensstandards immer stärker in den Vordergrund. Aufgrund der besonderen Natur der Stromerzeugung ist die Verbesserung der Stromversorgungssicherheit zu einer gesellschaftlichen Aufgabe geworden, die dem Unternehmensziel „Priorisierung von Sicherheit und Effizienz“ folgt. Nur durch die volle Ausschöpfung des Engagements und der Kreativität der Führungskräfte auf allen Ebenen, die Nutzung technologischer Fortschritte und die effektive Mobilisierung der Eigeninitiative aller Mitarbeiter kann die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Energieerzeugungsanlagen sorgfältiger und praxisorientierter umgesetzt werden, um gute Ergebnisse zu erzielen. Für große Kraftwerke ist die Zuverlässigkeit des Steuerungssystems entscheidend für die Gesamtsicherheit und -stabilität der Anlage. Um 1970, mit der Entwicklung der 4C-Technologie und der Zunahme der Parameter einzelner Einheiten in Wärmekraftwerken, entwickelten sich Steuerungssysteme hin zu dezentralen Funktionen und zentralisiertem Management, wodurch ihre Zuverlässigkeit deutlich verbessert wurde. Im Ausland begannen die Länder, verteilte Steuerungssysteme (DCS) in großen Kraftwerken einzuführen. Auch mein Land führte Mitte bis Ende der 1980er Jahre DCS-Systeme für importierte Stromaggregate ein. Aktuell nutzen alle neu gebauten Anlagen verschiedene ausgereifte DCS-Steuerungssysteme, und auch ältere Anlagen mit hoher Einzelkapazität wurden durch Modernisierung ihrer Steuerungssysteme weitgehend auf DCS umgestellt. Als Ausdruck des technologischen Fortschritts hat die weitverbreitete Einführung von DCS-Steuerungssystemen wesentlich zu einem sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der Stromerzeugung beigetragen. Nach der nationalen Energiereform, insbesondere unter den Bedingungen der Marktwirtschaft, ist es jedoch zunehmend wichtig geworden, die Zuverlässigkeit der DCS-Steuerungssysteme zu maximieren, um die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung und damit die Kennzahlen für Sicherheit und Rentabilität zu optimieren. 2. Auswahl des DCS-Steuerungssystems Ob es sich um eine neue Anlage oder die Nachrüstung einer bestehenden Anlage handelt – die Herausforderung besteht darin, das optimale Steuerungssystem auszuwählen, das die beste Qualität zum niedrigstmöglichen Preis bietet. Hier lassen wir den Preis des Steuerungssystems außer Acht und konzentrieren uns ausschließlich auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit. Folgende Aspekte sind beim Auswahlprozess zu berücksichtigen: 2.1 Bei der Auswahl eines DCS-Steuerungssystems sollten Systeme mit nachweislich erfolgreichem Betrieb in vergleichbaren Anlagen bevorzugt werden. Solche Komplettsysteme haben Werkstests und die Inbetriebnahme erfolgreich bestanden und ihre Zuverlässigkeit über die Jahre unter Beweis gestellt. Gleichzeitig ist es entscheidend, den Einsatz verschiedener DCS-Systeme in anderen Kraftwerken zu verstehen, insbesondere die dabei aufgetretenen Hauptprobleme, um den Vergleich und die Auswahl im Ausschreibungsverfahren zu erleichtern. 2.2 Die Hardware des Steuerungssystems muss hochzuverlässig sein. In allen Phasen der Fertigung elektronischer Komponenten sollten ausgereifte Technologien zum Einsatz kommen, und elektronische Module sollten idealerweise im laufenden Betrieb austauschbar sein. Die Rechen- und Speicherkapazität des Controllers muss ausreichend sein, und die E/A-Karten sollten über eine hohe Störfestigkeit verfügen. 2.3 Das Steuerungssystem sollte Redundanztechnologie in seiner Struktur vollständig nutzen. Controller, Netzwerkkommunikation und andere Komponenten des Steuerungssystems müssen redundant ausgelegt sein, und ein nahtloses Umschalten zwischen redundanten Geräten ist unerlässlich. Redundanz verhindert nicht nur, dass sich lokale Fehler zu Unfällen ausweiten und gewährleistet so den sicheren und stabilen Betrieb der Anlage, sondern ermöglicht auch die Online-Fehlerbehebung an den Geräten und beseitigt dadurch potenzielle Gefahren. 2.4 Die Steuerungssystemsoftware sollte wartungsfreundlich sein. Dies umfasst insbesondere folgende Aspekte: hohe Programm- und Softwarestabilität zur Vermeidung von System- oder Einzelreglerabstürzen; gute Selbstdiagnosefunktionen des Systems: Fehleralarme für Regler und E/A-Signale; benutzerfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle: Online-Programmänderung und -Download; zuverlässige Ersatzteilversorgung: einfache und schnelle Beschaffung innerhalb von 15 Jahren zu niedrigen Preisen; und hohe Funktionalität. Die Steuerungssystemsoftware sollte gut lesbar sein, und ihre Konfigurationsfunktionsblöcke sollten die verschiedenen Prozessfunktionsanforderungen des DCS-Steuerungssystems problemlos erfüllen. Darüber hinaus sollten bei der Auswahl eines DCS-Steuerungssystems folgende Aspekte umfassend berücksichtigt werden: Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Steuerungssystems zu gewährleisten, sind ausreichende Investitionen erforderlich, um die Vorteile der DCS-Technologie voll auszuschöpfen. Beispielsweise sollte die Anzahl der Reglerpaare nicht zu gering sein, um eine sinnvolle Zuordnung der Steuerungsfunktionen zu ermöglichen. Die Anzahl der E/A-Module sollte angemessen sein, um eine übermäßige Konzentration wichtiger Signale bei der Zuweisung von E/A-Kanälen zu vermeiden und ausreichende Reserven für jedes E/A-Modul zu gewährleisten. 3. Für die Installation von DCS-Steuerungssystemen, insbesondere bei Nachrüstungen, gelten strenge Bauvorschriften hinsichtlich Technik und Qualität. Die Auswahl eines qualifizierten und erfahrenen Bauunternehmens, idealerweise mit Erfahrung in der Nachrüstung, ist daher besonders wichtig. Nach Festlegung des Steuerungssystems sollte das technische Personal des Bauunternehmens in die Systemplanung, die Erstellung der Bauzeichnungen, die Entwicklung der Baumaßnahmen und die Durchführung technischer Schulungen einbezogen werden. Vor Projektbeginn muss ein detaillierter Zeitplan erstellt werden, und das Bauunternehmen muss seine Ressourcen organisieren und seinen Bauplan vorlegen. Bei der Installation und Inbetriebnahme des DCS-Steuerungssystems sind folgende Punkte besonders zu beachten: 3.1 Während der Bauarbeiten ist eine zuverlässige Isolation zwischen Schaltschrank und Erde sowie eine zuverlässige Erdung der Schaltschrank-Sammelschienen sicherzustellen. Öffnungen müssen feuerfest abgedichtet und der Schaltschrank vibrationsgedämmt sein. 3.2 Beim Verlegen von Kabeln ist besonderes Augenmerk auf die Trennung von Hoch- und Niederspannungsleitungen sowie auf eine zuverlässige Erdung und Störfestigkeit der Schirmleitungen zu legen. Während der Verkabelung ist die strikte Einhaltung der Konstruktionszeichnungen (die von einer autorisierten Person sorgfältig geprüft worden sein müssen) unerlässlich. Die Installation muss gemäß den Zeichnungen erfolgen, und die Kabel- und Aderkennzeichnungen müssen klar, vollständig und dauerhaft sein. Crimpverbinder müssen vorisoliert und mit vorisolierten Schutzrohren versehen sein. 3.3 Die strikte Kontrolle der Umgebungsbedingungen im Elektronikraum ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere hinsichtlich Brandschutz, Klimatisierung, Belüftung und Beleuchtung. Belüftung und Klimatisierung sind von besonderer Wichtigkeit. Aufgrund der strengen Temperaturanforderungen des DCS-Steuerungssystems sollte die Klimaanlage so früh wie möglich in Betrieb genommen werden. Die Auslässe der zentralen Klimaanlage dürfen nicht direkt auf die Schaltschränke oder andere elektronische DCS-Geräte gerichtet sein, um zu verhindern, dass Kondenswasser in die Geräte eindringt und diese beschädigt. Gleichzeitig ist Staub im Elektronikraum strengstens verboten. Daher muss der Elektronikraum stets sauber gehalten werden, einschließlich sauberer Filter. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Entfeuchtung und Temperaturregelung. 4. Programm- und Geräteabnahme: Während der Programmentwicklung und -abnahme ist die volle Motivation aller Mitarbeiter erforderlich, um sicherzustellen, dass jeder das neue DCS-Steuerungssystem versteht, sich damit vertraut macht und es beherrscht. Folgende Punkte sind bei Konfiguration und Abnahme besonders zu beachten: 4.1 Bei der Programmkonfiguration muss eine Steuerungsstrategie gewählt werden, die den sicheren Betrieb der Anlage gewährleistet. Die logischen Kriterien für Schutz- und Verriegelungsmechanismen müssen notwendig und ausreichend sein. Für Turbinendrehzahl, Turbinenschmieröldruck usw. wird eine Kombination aus festverdrahtetem und softwareseitigem Schutz empfohlen. Öffnersignale sind ratsam, um eine zuverlässige Schutzaktivierung zu gewährleisten. Für wichtige Drei-aus-Zwei-Schutzsignale sollte eine Kombination aus analogen und digitalen Signalen verwendet werden. Um Fehlfunktionen zu vermeiden und die Sicherheit kritischer Hauptanlagen zu gewährleisten, werden Öffnersignale empfohlen. 4.2 In allen Phasen der Auswahl, des Entwurfs, der Prüfung, der Abnahme, der Inbetriebnahme und der Online-Anpassung von Steuerungssystemen muss das Programmier- und Testpersonal aktiv beteiligt sein. Sie müssen die Plausibilität des Entwurfs und der Konfiguration der Schutz- und Steuerungslogik unter Berücksichtigung von Problemen, die bei der Verwendung ähnlicher Steuerungssysteme aufgetreten sind, sorgfältig prüfen. Alle Regelkreise müssen während der Prüfung umfassend getestet werden. Die Ergebnisse jeder Prüfung und jedes Tests sind sorgfältig zu dokumentieren. Bei softwarebezogenen Problemen ist der Lieferant unverzüglich zu kontaktieren und der Sachverhalt vollständig zu melden, damit eine schnelle Lösung gewährleistet ist. 4.3 Notwendige Backup-Maßnahmen sind erforderlich: Wichtige Schutz- und Verriegelungssysteme müssen sowohl über Kommunikationsverbindungen als auch über festverdrahtete Verfahren verfügen. Für kritische Steuerungseinrichtungen ist neben der manuellen Bedienung am Bedienerplatz auch eine manuelle Backup-Bedienung erforderlich, um im Falle eines Ausfalls des DCS-Steuerungssystems oder eines E/A-Moduls ein rechtzeitiges Eingreifen zu gewährleisten. 4.4 Programmierer müssen streng kontrolliert und durch ein Autorisierungssystem überwacht werden. Jede Person, die Änderungen am Programm vornimmt, muss die entsprechenden Genehmigungsverfahren durchlaufen, und es sind vor und nach jeder Änderung Aufzeichnungen zu führen. PID-Parameter und Schwellwerterkennungsblöcke für kritische Steuerungssysteme müssen protokolliert werden. Während der Parameteroptimierung muss ein Überwachungssystem implementiert und nach Parameteränderungen umgehend Tests durchgeführt werden, um potenzielle Sicherheitsrisiken zu vermeiden. 5. Personalmanagement und technische Schulung: Unabhängig davon, ob ein neues Steuerungssystem in Betrieb genommen oder ein bestehendes System modernisiert wird, muss nach der endgültigen Auswahl des DCS-Steuerungssystems erfahrenen Ingenieuren und Bedienern im Bereich der thermischen Regelungstechnik vor Systemaufbau, Hardwaretests und Programmkonfiguration eine entsprechende Schulung angeboten werden. Die Schulung muss Simulatortraining mit realen Systemtests kombinieren, um eine zielgerichtete Wissensvermittlung zu gewährleisten. 5.1 Schulung der Bediener: Da eine unsachgemäße Bedienung die Leistung der DCS-Hardware oder -Software beeinträchtigen und indirekt die Sicherheits- und Wirtschaftlichkeitskennzahlen der Anlage beeinflussen kann, ist es entscheidend, während der Entwicklung der DCS-Schnittstelle umfassend die Meinungen der Bediener einzuholen. Durch deren Einbindung in den Design- und Debugging-Prozess wird sichergestellt, dass sie mit den Bedienungsänderungen der Steuerungsschnittstelle (Bildschirm) vertraut sind und diese bedienen können. Für Routinevorgänge wie An- und Abfahren der Anlage, manuelles/automatisches Umschalten und Notfallmaßnahmen im Falle von Störungen sollten vollständige Betriebsanweisungen entwickelt werden. Es sollten technische Schulungen und Übungen durchgeführt und die Debugging-Phase des DCS-Steuerungssystems umfassend genutzt werden, um den relevanten Bedienern eine fundierte Ausbildung zu ermöglichen. 5.2 Schulung des Thermomanagementpersonals: Die Schulung des Thermomanagementpersonals sollte dessen individuelle Stärken berücksichtigen. Angesichts des breiten Wissensspektrums moderner DCS-Steuerungssysteme ist eine umfassende Beherrschung in kurzer Zeit nicht möglich. Daher sollten die unterschiedlichen Ausbildungshintergründe und beruflichen Fähigkeiten des Thermomanagementpersonals umfassend berücksichtigt und vertiefte Schulungen in verschiedenen Bereichen für mehrere Thermomanagementingenieure priorisiert werden. Durch die Schulung können sie schrittweise wichtige Verantwortlichkeiten beim Aufbau von DCS-Steuerungssystemen, der Einrichtung der Netzwerkkommunikation, dem Hardwaretest und der Abnahme, der Programmkonfiguration sowie dem Testen und Anpassen von Regelkreisen übernehmen. Gleichzeitig ist es entscheidend, die bei der Inbetriebnahme und dem schrittweisen Betrieb auftretenden Probleme umfassend zu nutzen. Dazu müssen sie die Probleme mithilfe von Lieferanten und technischen Handbüchern analysieren, diagnostizieren und beheben. Auf dieser Grundlage bieten diese Thermomanagementingenieure anderen Steuerungspersonal Online-Schulungen an. Im Hinblick auf das Management von Leitsystemen ist besonders hervorzuheben, dass Online-Änderungen an Konfigurationen und kritischen Parametern während des Anlagenbetriebs weitestgehend vermieden werden sollten. Sind Konfigurationsänderungen und Downloads unumgänglich, müssen Notfallpläne erstellt, alle Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt und die entsprechenden Genehmigungsverfahren abgeschlossen sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die weitverbreitete Anwendung von DCS-Leitsystemen in Kraftwerken den Automatisierungsgrad moderner Kraftwerke deutlich erhöht hat. In der industriellen Praxis sind Probleme mit Leitsystemen normal, doch wir Ingenieure tragen die Verantwortung und Pflicht, schwerwiegende sicherheitsrelevante Probleme zu minimieren. Wiederkehrende Probleme im Leitsystem sollten wir regelmäßig analysieren und zusammenfassen, Gemeinsamkeiten identifizieren und gezielte Verbesserungsmaßnahmen ergreifen. Aufgrund meiner begrenzten Kenntnisse und Erfahrungen sowie des begrenzten Zeitrahmens sind die Beschreibungen in diesem Artikel nicht umfassend oder vollständig; Kritik und Korrekturen sind willkommen. Wir hoffen, dass dieser Beitrag als Ausgangspunkt für eine intensivere Kommunikation und einen besseren Austausch mit DCS-Fachkräften dient, um voneinander zu lernen und das DCS-Leitsystem für eine sichere und wirtschaftliche Stromerzeugung weiterzuentwickeln.