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【摘要】着重从DCS的配置及应用的外部环境条件等方面,对提高ＤＣＳ应用的可靠性措施进行了探讨,并提出了一些具体建议
【关键词】DCS LCN UCN HPM ISO IEEE802.4
前言
随着工业自动化水平的不断提高,尤其是计算机控制系统及其相应软件的不断开发和完善,在大中型石化、炼油工程项目中,生产过程控制选用DCS的趋势已逐渐被我国自控界人士所接受。哈尔滨石化公司新建的生产装置全部采用DCS控制,对于过去建厂初期的常规控制系统,也都相继进行了DCS改造。目前,公司生产主体装置均采用HONEYWELL公司的DCS进行生产过程控制,因此确保生产装置安全运行,提高DCS应用的可靠性,不仅十分重要,而且是一个十分复杂而艰巨的任务。
DCS的特点
DCS具有较高的灵活性与扩展性,具有先进的过程操作画面(动态流程画面、分组回路画面、总貌画面、报警画面、趋势记录画面等),具有各种控制功能、运算功能,并能实现工艺参数趋势预测、历史数据显示和各种报警功能。从而实现对工艺生产全过程的集中监视、控制和管理,同时, DCS的各种插卡能够带电插拔、更换,这些特点是常规仪表所不具备的或需要经过复杂的组合才能实现。因此, DCS的应用有广阔的前途,其应用的可靠性问题也越来越为人们所关注。
3.冗余是提高DCS可靠性的有效手段
DCS主要由现场控制站、操作站、通讯网络等单元组成。在实际应用中,除了采用高可靠性并通过实际考验的元器件来构成系统外,在工程设计中,还要从DCS的配置方面考虑DCS的可靠性问题。采用冗余配置的冗余设备具有在线自诊断、故障报警、无差错切换等功能,从而提高了DCS应用的可靠性。
3.1现场控制站的冗余配置
图1DCS配置总貌图
在图1中,HPM为控制站,现场过程信号的采集、运算、控制均由HPM实现。HPM01及HPM02为柜间或柜内冗余设置,其中除了处理器、通讯模块、电源模块为冗余设置外,用于控制的输入、输出模块也全部为这冗余设置。
3.2操作站的补偿机能
操作站是DCS的人机接口部分,工艺过程的监视、操作均通过它来实现。它向工艺操作人员提供各种过程信息,操作人员又通过它发出各种操作指令,实施工艺操作。由于同一条LCN总线上可以设置数台操作站,因此在进行操作站配置时,至少要配置两台操作站,进一步提高系统运行的可靠性。这些操作站可以分别独立进行操作,又具有均衡补偿功能,每一个操作站都可以对整个系统状况进行监视、操作。
3.3通讯总线的冗余设计
局域控制网LCN及万能控制网UCN均为冗余配置,通过网络接口模件进行通讯。通讯采用ISO/IEEE802.4令牌通讯方式,整个网络具有点对点通讯功能,使得网上各节点可以共享网络数据。
4．从外部环境条件上保证DCS运行的高可靠性
为了使DCS运行安全可靠,除了系统的可靠性设计措施外,用户还必须提供良好的外部环境条件,如机房温湿度控制;良好的供电系统、接地系统以及防灰、防震、防腐蚀等。另外,专业人员的日常维护、提高维护水平、加强对系统的保养也是提高系统可靠性的重要因素。
4.1DCS控制室的设计
DCS控制室宜接近现场和方便操作,但又不处于危险的场合中,远离振动源、强噪音源以及强电磁场的干扰；另外,对易燃、易爆、有毒、有粉尘的装置,DCS控制室宜布置在本地区全年主导风向的上风侧,或全年最小频率风向的下风侧。DCS中央控制室除应设置操作室、机柜室、工程师站室外,还应设置必要的辅助房间,如:维修室、备件室、UPS电源室等。操作室内主要设备有CRT操作台、事故、报表打印机等。一般CRT操作台后要有1.5～2.5ｍ的空间,而CRT操作台前要有3.5～5ｍ的空间,以便于操作和维修。机柜室一般有控制单元、输入/输出单元、辅助仪表柜等。机柜室布置时需考虑机柜散热以及维护和接线的方便。另外,还应考虑进线的内、外部密封及消防措施。
4.2 电源设计
电源设计是保证系统安全可靠运行的关键环节之一。尽管DCS已考虑到断电时的备用电源或RAM存储器的数据保留问题,但是不成功的电源设计仍然常常威胁着系统的正常運行,供电的连续性对系统的正常、安全运行极为重要,为保证其可靠性必须配置不间断电源UPS。同时,UPS运行的有关参数及运行状态信号应输入到DCS中,当UPS故障时可以报警提示,以保证系统和工艺装置的安全运行。
4.3防干扰接地措施
在实际生产中,一些大型动力设备的启运过程;大型变压器、大功率可控硅整流设备的现场电磁感应的影响;公共接地回路电流的存在等多种多样的干扰信号,均会通过不同途径与系统耦合,对系统带来扰动。因此,系统设计必须考虑抗干扰措施,在工程上采用接地、屏蔽来抗干扰,是十分现实而有效的措施。
DCS的接地分为工作接地和保护接地。仪表保护接地是为保证人身安全和电气设备的安全而设置的,一般包括:仪表盘、箱、柜、DCS机柜、操作站、仪表外壳、电缆护管、汇线槽等的接地。屏蔽电缆的屏蔽线接地应属于DCS的工作接地,而且屏蔽接地在一个回路中只能在一点接地。接地连线应使用铜芯绝缘电线、电缆,接至接地汇流板。对于工作接地的各接地线、接地汇流条,除正常的连接点外都应当是绝缘的,最终与接地体或接地网的连接是从接地汇流板单独接线的,各接地电线、电缆的使用规格如下表：
用途 导线规格
接地支线 铜芯绝缘电线、电缆截面1～2.5mm2
接地分干线铜芯绝缘电线、电缆截面4～25mm2
接地总干线 铜芯绝缘电线、电缆截面16～50mm2
总之,DCS接地问题在DCS设计、安装、调试当中比较重要,在系统调试前应经过接地电阻测试,达不到要求不能调试,更不能进行生产的联动试车,否则会给系统带来难以判断的故障。
5．结论
综上所述,随着DCS的广泛应用,集中控制的优越性越来越被人们所认识,同时人们对于工业控制自动化的可靠性、准确性的要求也越来越高。因此,探讨提高DCS应用的可靠性措施就有着十分重要的意义和实际应用价值。
【关键词】DCS LCN UCN HPM ISO IEEE802.4
前言
随着工业自动化水平的不断提高,尤其是计算机控制系统及其相应软件的不断开发和完善,在大中型石化、炼油工程项目中,生产过程控制选用DCS的趋势已逐渐被我国自控界人士所接受。哈尔滨石化公司新建的生产装置全部采用DCS控制,对于过去建厂初期的常规控制系统,也都相继进行了DCS改造。目前,公司生产主体装置均采用HONEYWELL公司的DCS进行生产过程控制,因此确保生产装置安全运行,提高DCS应用的可靠性,不仅十分重要,而且是一个十分复杂而艰巨的任务。
DCS的特点
DCS具有较高的灵活性与扩展性,具有先进的过程操作画面(动态流程画面、分组回路画面、总貌画面、报警画面、趋势记录画面等),具有各种控制功能、运算功能,并能实现工艺参数趋势预测、历史数据显示和各种报警功能。从而实现对工艺生产全过程的集中监视、控制和管理,同时, DCS的各种插卡能够带电插拔、更换,这些特点是常规仪表所不具备的或需要经过复杂的组合才能实现。因此, DCS的应用有广阔的前途,其应用的可靠性问题也越来越为人们所关注。
3.冗余是提高DCS可靠性的有效手段
DCS主要由现场控制站、操作站、通讯网络等单元组成。在实际应用中,除了采用高可靠性并通过实际考验的元器件来构成系统外,在工程设计中,还要从DCS的配置方面考虑DCS的可靠性问题。采用冗余配置的冗余设备具有在线自诊断、故障报警、无差错切换等功能,从而提高了DCS应用的可靠性。
3.1现场控制站的冗余配置
图1DCS配置总貌图
在图1中,HPM为控制站,现场过程信号的采集、运算、控制均由HPM实现。HPM01及HPM02为柜间或柜内冗余设置,其中除了处理器、通讯模块、电源模块为冗余设置外,用于控制的输入、输出模块也全部为这冗余设置。
3.2操作站的补偿机能
操作站是DCS的人机接口部分,工艺过程的监视、操作均通过它来实现。它向工艺操作人员提供各种过程信息,操作人员又通过它发出各种操作指令,实施工艺操作。由于同一条LCN总线上可以设置数台操作站,因此在进行操作站配置时,至少要配置两台操作站,进一步提高系统运行的可靠性。这些操作站可以分别独立进行操作,又具有均衡补偿功能,每一个操作站都可以对整个系统状况进行监视、操作。
3.3通讯总线的冗余设计
局域控制网LCN及万能控制网UCN均为冗余配置,通过网络接口模件进行通讯。通讯采用ISO/IEEE802.4令牌通讯方式,整个网络具有点对点通讯功能,使得网上各节点可以共享网络数据。
4．从外部环境条件上保证DCS运行的高可靠性
为了使DCS运行安全可靠,除了系统的可靠性设计措施外,用户还必须提供良好的外部环境条件,如机房温湿度控制;良好的供电系统、接地系统以及防灰、防震、防腐蚀等。另外,专业人员的日常维护、提高维护水平、加强对系统的保养也是提高系统可靠性的重要因素。
4.1DCS控制室的设计
DCS控制室宜接近现场和方便操作,但又不处于危险的场合中,远离振动源、强噪音源以及强电磁场的干扰；另外,对易燃、易爆、有毒、有粉尘的装置,DCS控制室宜布置在本地区全年主导风向的上风侧,或全年最小频率风向的下风侧。DCS中央控制室除应设置操作室、机柜室、工程师站室外,还应设置必要的辅助房间,如:维修室、备件室、UPS电源室等。操作室内主要设备有CRT操作台、事故、报表打印机等。一般CRT操作台后要有1.5～2.5ｍ的空间,而CRT操作台前要有3.5～5ｍ的空间,以便于操作和维修。机柜室一般有控制单元、输入/输出单元、辅助仪表柜等。机柜室布置时需考虑机柜散热以及维护和接线的方便。另外,还应考虑进线的内、外部密封及消防措施。
4.2 电源设计
电源设计是保证系统安全可靠运行的关键环节之一。尽管DCS已考虑到断电时的备用电源或RAM存储器的数据保留问题,但是不成功的电源设计仍然常常威胁着系统的正常運行,供电的连续性对系统的正常、安全运行极为重要,为保证其可靠性必须配置不间断电源UPS。同时,UPS运行的有关参数及运行状态信号应输入到DCS中,当UPS故障时可以报警提示,以保证系统和工艺装置的安全运行。
4.3防干扰接地措施
在实际生产中,一些大型动力设备的启运过程;大型变压器、大功率可控硅整流设备的现场电磁感应的影响;公共接地回路电流的存在等多种多样的干扰信号,均会通过不同途径与系统耦合,对系统带来扰动。因此,系统设计必须考虑抗干扰措施,在工程上采用接地、屏蔽来抗干扰,是十分现实而有效的措施。
DCS的接地分为工作接地和保护接地。仪表保护接地是为保证人身安全和电气设备的安全而设置的,一般包括:仪表盘、箱、柜、DCS机柜、操作站、仪表外壳、电缆护管、汇线槽等的接地。屏蔽电缆的屏蔽线接地应属于DCS的工作接地,而且屏蔽接地在一个回路中只能在一点接地。接地连线应使用铜芯绝缘电线、电缆,接至接地汇流板。对于工作接地的各接地线、接地汇流条,除正常的连接点外都应当是绝缘的,最终与接地体或接地网的连接是从接地汇流板单独接线的,各接地电线、电缆的使用规格如下表：
用途 导线规格
接地支线 铜芯绝缘电线、电缆截面1～2.5mm2
接地分干线铜芯绝缘电线、电缆截面4～25mm2
接地总干线 铜芯绝缘电线、电缆截面16～50mm2
总之,DCS接地问题在DCS设计、安装、调试当中比较重要,在系统调试前应经过接地电阻测试,达不到要求不能调试,更不能进行生产的联动试车,否则会给系统带来难以判断的故障。
5．结论
综上所述,随着DCS的广泛应用,集中控制的优越性越来越被人们所认识,同时人们对于工业控制自动化的可靠性、准确性的要求也越来越高。因此,探讨提高DCS应用的可靠性措施就有着十分重要的意义和实际应用价值。