DCS操作系统（共12篇）
DCS操作系统 篇1
引言
作为一种良好的分布式控制系统,DCS系统还能够实现集散控制的作用,其中综合了显示技术、控制技术、通信技术、计算机技术等多种技术。技术人员对于控制层面和生产装置,应分别进行分散控制和集中管理。在系统当中,通过规模扩大、功能增加、系统成型等,实现系统对数字控制功能的保留,使其在实际应用中更好的发挥作用。系统的集散结构、数据信息的流动性等,都能够得到保证。
1 DCS系统设计
1.1 主控单元
在DCS系统设计当中,主控单元主要包括CPU、存储器等部分。在DCS系统中,对高性能16位微处理器进行应用。或对32为处理器和浮点预算协处理器进行应用,同样能够降低工作周期,增强处理能力。在存储器当中,包括了RAM、ROM等部分。在计算机中,通过运行固定程序,能够对工作安全性能进行有效的保证。在DCS系统设计的过程中,应当复杂修复组态,从而提升系统运行的可靠性与方便性。
1.2 现场控制站
利用计算机,现场控制站能够对控制、检测等工作独立完成。其中主要包括了机柜、电源、输入通道、输出通道等。在现场控制站的机柜结构中,设有多层机架,用于安装模件、电源等,用金属材料包裹外部,在活动部分,进行相应的电气连接,在内部电子设备中,通过电磁屏障提供服务[1]。在机柜设置中,应当进行良好的接地,保持4Ω以下的电阻,从而实现良好的电磁屏蔽效果。在电源供应当中,应确保可靠、稳定的控制站交流电源。在供电中,对双向交流电源进行应用。系统中的输入和输出通道采用I/O接口模式,可采用模拟量、脉冲量等模式。线路将生产过程中的物理量和化学量转换为电信号向输入通道输送。脉冲信号主要出现在旋转计、涡轮计量器、机械计算装置等。
2 DCS系统先进控制
2.1 先进控制意义
在DCS系统当中,采用了先进的控制技术,对于企业经济效益的提升、竞争能力的增加等,都有着重要的意义。基于现代控制理论,运用人工智能技术,极大的推动了DCS系统先进控制在DCS系统中的应用。在动态环境下,先进控制可对计算能力、数学原理等进行发挥。不同与传统PID控制的是,DCS系统先进控制不单单是一种算法控制,还能提供相应的控制策略[2]。在工业系统中,一旦受到某些因素的影响,参数准确性也将受到影响,因而利用DCS系统先进控制,能够更好地应对这种影响,更加有效地进行工业过程控制。
2.2 先进控制特点
不同于传统PID控制模式,在先进控制模式下,可进行知识控制策略、模型控制策略等。其中,知识控制主要包括智能专家控制、模糊控制等;模型控制中包括软测量技术、生物识别、预测控制等。在DCS系统先进控制当中,这两种控制模式都发挥着十分重要的作用。在工业环境中往往具有多变、复杂的特点,而利用先进控制技术,能够对其中的多变量耦合、非线性、不确定性等控制问题进行解决,同时兼顾到被控变量、控制变量之间的关系[3]。在工业环境下,先进控制能够促使一些模型更好地发挥效果,提升协调、约束、适应能力,从而更好的匹配工业生产和系统控制。同时,能够反映出操作要求、动态生产过程的特点,对控制效果进行提升。
2.3 先进控制发展
很多相变、生化、化学等反应过程,都会出现在工业生产过程当中,对能量、物质等进行转化和传递,因此工业生产过程实际上是较为复杂的。同时,工业生产中,具有非线性、信息部完整性、不确定性等特点,因而都会给先进控制的应用造成限制[4]。在工业生产中,这些因素都具有非常重要的意义,能够对产品的质量产生直接的影响,并且造成该笔那能量消耗、生产含速率等技术指标。在连续化、大型化的工业生产转变中,工业生产的实时性、整体性会得到不断的完善,因此,在DCS系统当中,为了实现工业生产的优化以及系统的协调,在装置复杂等问题的解决当中,对DCS先进控制进行应用,能够取得十分良好的效果。在过程控制当中,一个对象通过对PID控制规律单项输出的应用,实现简单反馈控制,并在控制中以经典理论为基础。在各类工业生产流程中,传统PID控制都得到了广泛的应用。而在现代化的工业生产中,DCS系统的应用也不断扩大,但同样不能忽略现有的PID控制。因此,可以利用PID控制维护工业过程的操作和运行稳定性[5]。在这种方式之下,能够很容易接受和理解简单的操作方式。在科技进一步发展的前提下,能够更加完善控制技术的应用和结构,从而实现DCS先进控制更好的应用。
3 结语
在当前的工业生产等领域当中,DCS系统是一个较为常用的系统,对于功业生产过程的控制有着十分重要的作用。而在DCS系统中,系统设计及先进控制的应用,具有不可替代的意义和效果,对于DCS系统功能的发挥,也有着直接的影响。通过良好的系统设计和先进控制的有效应用,能够更好的确保工业生产的安全稳定,取得更为良好的效益。
参考文献
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[3]苏红刚.DCS控制技术在热电厂机炉控制系统改造工程中的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(2):221-222.
[4]栾松鹏,高德欣,杨帆,等.基于DCS的蒸汽锅炉优化控制系统设计[J].自动化技术与应用,2014(7):59-61;66.
[5]白刚,贾新强.PLC型DCS控制系统在自动化生产线电子控制系统中的应用[J].物联网技术,2015(5):78-79.
DCS操作系统 篇2
一、系统硬件功能测试验收
1.1概貌
在开始测试之前，对系统的硬件和外围设备进行检查、确认，包括对下列系统部件进行外观检查和说明。• 控制器和I/O模件 • 工程师站及其外设 • 历史记录站及其外设 • 操作员站及其外设 • 网络交换机 • 系统电源及连接
1．2 网络测试
1．2．1 组态与布线
1． 交换机设置：利用组态终端检查交换机的各端口设置是否符合设计要求。2． 交换机接线：检查各交换机的接线方式以及接线电缆的类型是否与设计图纸一致。3． 整个网络结构与组成：检查整个网络中各工作站、控制器与交换机的连接是否与设计图纸一致。
1．2．2 冗余切换功能检测
1． 控制器端检测：拔下在线控制器上的网线，检查备用控制器是否切换至在线，注意切换时间。
2． 工作站端检测：拔下工作站一个端口的网线，检查工作站工作是否正常。
3． 交换机端检测：关掉在线交换机的电源，检查备用交换机是否切换至在线，注意切换时间、各控制器的切换情况。
1．2．3 网络状态监测与分析 1． 监视网络误码和网络各节点状态。2． 利用系统状态图检查整个网络的状态： A.各节点的正常状态；
B.模拟网络故障，检查系统状态图反映是否正确。
1．3 控制器设置检查 1． 控制器组态：利用ADMINTOOL检查各控制器的设置,是否符合实际要求（硬件地址、网络地址、空间分配、控制区）。
2． 制器冗余切换检测：模拟在线控制器的处理器故障，观察备用处理器的切换时间和状态。
3． 控制器性能检测：利用CONTROLLER DIAGNOSTICS 记录各控制器的空间、内存的消耗（平均值、峰值）。
1．4 控制设备电源检查及切换测试
关掉一侧电源，观察另一测的电源切换是否顺利，注意是否切换延时时间和对系统的影响。从以下几点测试电源切换： 1． 控制器侧 2． 工程师站侧 3． 交换机侧
1．5 工作站 1.5.1 Westation功能
1． 重新启动工作站检查开机信息中有无错误信息出现，检查相应的配置是否正确。（工程师站还要确认Admin的登陆密码。）
2． 在启动过程中检查主机电源、风扇工作是否正常，确认各项指示灯显示正常，风扇工作无异音。
3． 检查显示器各项调节功能，检查键盘是否工作正常，检查三键鼠标的各键功能完好。4． 检查工作站显示器各项调节功能。
5． 启动结束后察看一般信息显示窗口中有无不正常的错误或者注意。6． 打开操作员站面板上的不同图标检查操作员站上图标的各种功能是否完备。7． 检查操作员站桌面右键快捷菜单功能是否设置正确,确认没有超出范围的功能。8． 检查工作站软驱功能，拷贝某一个文件到一张新软盘中。9． 工程师站：检查工程师站光驱、磁带机是否正常。
1.5.2 菜单系统
1． 打开 Data Analysis and Maintenance , 检查进入菜单的方法。2． 使用点菜单（Point Information）检查下列处理过程点的功能：
a． 操作员站中点信息（Information）：检查点信息中有无超出范围的功能被启用（点值一栏中的扫描功能一设置为不可操作）。
b． 点时实趋势（Mini Trend）：建立多点的实时趋势，更改不同时间段设置，检查趋势显示是否正常。
c． 点的历史趋势,建立多个历史点的历史趋势，改变时间段，检查趋势显示是否正确。
1.6 点的相关功能
下列的测试步骤、测试在不同情况下的点的一些功能。
1.6.1 点的信息
1． 打开
Point Information 图标、并输入一个模拟量点名。2． 模拟量点强制改变数据：(工程师站)a． 停止数据采样（Scan Off）。b． 关闭越限检查。c． 强制手动输入一个值。
d． 修改该点的高低限值，然后察看该点是否报警或变坏点。
3． 打开
Point Information 图标、并输入一个数字量点名。4． 数字量点强制改变数据：(工程师站)a． 停止采样。b． 关闭越限检查。c． 强制手动输入一个值。
d． 改变多个参数后用Reset按钮，恢复到改变前的值。5． 检查点的安全级别设置是否正确。
1.6.2 点的查询
1． 按以上步骤，对多个点进行采样停止，关闭越限检查。在操作员站上，从主菜单系统进入点查询窗口。
2． 用 properties 窗口选择查询的特征值。a． 选择至少一个查询类型。b． 选择至少一个质量类型。
3.选择确认(OK)按钮，在点查询窗口上显示所选内容。
1．7 图形显示功能
下面步骤测试图形窗口的功能
1.7.1 图形窗口
1． 从图标中打开一幅过程图窗口。
2． 用鼠标点击有效 POKE 区显示其他图形。3． 检查该窗口的所有操作按钮功能。
1.7.2 图形翻页 1． 在图形顶部的Poke 区进行多幅图形间的翻页操作。
2． 通过TOP图进入不同系统的流程图，检查所有流程图都可以迅速调出。
1.7.3 图形信息
1． 在 Poke 菜单内用显示按钮显示图形中所有的Poke区。2． 在 Poke 菜单内用数据显示按钮显示图形的有关数据。3． 检查流程图中的点能否被拖动。
4． 检查点右键菜单中有无超出操作员站工作范围的功能被设定。（如确认控制逻辑图不能被调出或者能能够调出但不能对相应的算法点进行参数设定）
1.8 一般信息显示 1.8.1 出错信息
1． 选择一个不存在点的图形显示、下载至该站某一文件、启动或停止某一设备（例如工作站、控制器等）。
2． 观察一般信息显示(General Message Display)图标变红，然后打开这个图标。3． 可以观察到标有星号的信息、那是在窗口关闭的情况下收到的，确认可以收到的信息。4． 模拟一个控制器活工作站故障,确认报警信息。
1.9 高速公路信息
1.9.1系统状态
1． 打开系统状态窗口选择某一个控制器或者工作站，然后点击 Drop Details 键, 观察不同类型的站所显示的信息。
2． 选择有报警的站，察看站详细状态，并对报警进行确认清除报警。
1.9.2 系统出错
1． 从 Highway Utilities 菜单进入系统状态画面。
2． 然后点击 Drop Details 键, 观察不同类型的站所显示的信息。
3． 用鼠标选择不同类型的站，然后点击 Drop Details 键, 观察不同类型的站所显示的信息。
4． 切换某一控制器，观察在一般信息显示窗口、报警窗口中不同类型的站所显示的信息。5． 停止某一工作站，观察在一般信息显示窗口、报警窗口中不同类型的站所显示的信息。
1.10 趋势
1.10.1 趋势显示1． 从图标打开窗口, 在显示窗口1生成一个趋势，并按下Modify按钮，添加趋势参数，包括可达8个趋势点，按下Apply按钮予以确认。2． 在趋势显示窗口中选择新建按钮，在显示窗口2中创建一个趋势。
1.10.2 趋势组
1． 在趋势显示窗口选择组按钮，选择一个空趋势组，用Modify 按钮创 建一个新趋势组。2． 添加趋势参数，并按 Apply 键确认。选择刚建好的趋势组，按显示实时趋势按钮。
1.10.3 趋势一览
在显示趋势时，点击画面上任一时间段，可以看到该时间段内的所选数据。
1.10.4 表格趋势
时间在趋势显示窗口，选择 Tabular 按钮。使用 print to a file 按钮把制表趋势输出到一个文件中。（工程师站）
1.10.5趋势缺省值
在趋势显示窗口选择缺省值选项，根据要求改变高限值和低限值。按Apply按钮确认并观察相应键，显示中的新的高低限。
二、采样、报警和系统I/O测试验收
本章测试目的是确认采样和报警的操作功能, 被测试的软件安装在控制器 和 Westation操作员内，控制器对过程输入点连续采样，经转换后把数据广播到 OVATION数据高速公路上。Westation操作员站（还有其它一些站）接受到这些数据，并把这些数据显示在该站的CRT上。
2．1 I/O采样
根据下列步骤，检验所选择的输入点能正确显示.2.1.1 模拟量点
1． 用点信息(Point Information)功能显示一个点。2． 改变所选点的数值。
3． 把所选点添加到一个趋势中, 并确认点值是否正确。
2.1.2数字量点
1． 用点信息窗口显示一个数字量点。2． 改变所选点的条件。3． 观察点值改变情况。
2.2 报警报告
这一节测试将检验报警功能是否将系统报警以正确的方式报告给控制器和 Westation操作员站内，控制器对过程 Westation操作员站。
2.2.1 报警列表
1． 在点信息窗口中改变某一个数字量点状态，使之成为坏点。2． 改变某一组不同报警级别的模拟量点的报警限值使它们报警。3． 通过仿真器产生几个不同级别的报警点。
2.2.2 报警确认
1． 选择报警列表显示，用确认按钮确认一个报警点。2． 用确认按钮确认一批标记星号的需确认的报警点。3． 观察经确认的报警点颜色和背景色发生反转。
4． 选择未被确认的报警列表，确认其中一个报警点，并观察它从列表中消失。
确认：
三、工程师站功能
这一部分测试 Westation 工程师站上的编程工具功能。
3.1 组态功能
1． 选择 Menu 图标, 并选中工具菜单(tool)选项中的Powertools。2． 选择 Westation Config Tools 选项。
3． 选择init tool功能。检查控制器、软件服务器、历史记录站、NT服务器、操作员站的组态参数是否正确，（包括站类型、站IP地址、以太网地址、网络类型、HostID、硬盘分区类型、所选择的软件包等信息）。4． 确认不同站类型所选取的软件包。
5． 选择Admin Tool选项，该工具用于定义、维护和下装系统组态文件。6． 从功能菜单中选择Maintain Project Data 栏。7． 检查不同站的相关原文件的设置是否正确。8． 确认那些能够被改变的文件。
9． 从功能菜单中选择 Download Configure Data 栏。10． 选择所有的过滤条件和所有的站。11． 按下 Download 按钮。
12． 如果有的话，观察文件版本的差异。
3.2
设备维护
打印机管理器 1． 查打印机状态。2． 印某一个报表或文件，检查打印机状态。3.3
Shelltool调用常用的工具
1． 文件管理器、文件转换器、文本编辑器(dtpad)等。3.4 控制器功能
3.4.1 Control Builder(CB)工具 1． 在菜单选择 Control Builder 选项。2． 调出一幅图形.3． 检验CB组态的各项功能。
3.4.2 控制器功能
启动控制器诊断功能.察看控制器中控制器信息、处理任务信息、点信息、I/O信息、版本信息、图页信息等是否正确。
3.5 图形功能
3.5.1 图形生成器(GB)1． 在Tools 菜单选择 Graphices Builder 项。2． 调出一幅图形。3． 确认 GB 的各项功能。
3．6 系统点生成器(PB)分别调出一个数字量输入点、数字量输出点、模拟量输入点、模拟量输出点、历史记录点、SOE点，检查点的设定参数。
四、历史数据存储及检索(HSR)
这一部分测试HSR/LOG站,以及操作员,工程师站。
4.1 历史站的功能检测 4.1.1点的收集、存贮和检索
1． 点回顾：演示下列各种不同类型的回顾，并确认回顾数据能够被显示在报警窗口中, 并且能够滚动。a.过程点的上下限 b.点的输入值 c.采样关闭的点 d.超时(time-out)点 e.过限报警检查关闭的点 f.传感器报警的点 g.正在报警的点 h.点的质量
2． 事件回顾：利用事件回顾窗口测试事件回顾窗口。
3． 组点回顾：检查组点的定义是否满足运行要求；利用组点回顾窗口检测组点回顾功能。4． 历史趋势：按以下步骤演示：
a.在趋势窗口1内显示一个可达4个点的水平趋势。b.在趋势窗口2内显示一个垂直的组合趋势。c.使用趋势修改窗口修改上述中的一个趋势。d.用光标演示时间滚动功能。
4.1.2信息和文件的收集、存贮和检索 1.演示下列各种不同类形的历史回顾 a.所有的点 b.单个点 c.站状态 d.模拟量点 e.数字量点 f.状态变化
2.确认回顾数据能够被显示在报警窗口中, 并且能够滚动显示.3.操作员事件信息：利用操作员事件回顾窗口以下列的方式测试功能（信息显示、打印信息、保存信息）： a.all subtype b.grouped
DCS操作系统 篇3
【关键词】电气监控系统； DCS控制系统； 整合；研究
进入二十一世纪以来，DCS控制系统技术在我国热电厂中广泛应用开来，这不仅提高了热电厂的自动化工业水平，在与电气监控系统的整合使用中也效果显著，大大提升了电气监控系统和工艺监控系统运行的协调性及安全稳定性，降低了其投资与维护的风险费用及人工成本费用。
一、热电厂电气监控系统概况
电气系统是整个热电厂设备、运行系统中的一个重要组成部分，其中电气监控系统主要是针对电站电气设备进行实时监控的一种应用技术系统，其监控的对象主要主要包含两大部分，即发电机组，变压器组、厂用电系统。而厂用的电气监控系统监控对象主要包含工艺与电气两部分，这其中电气部分包含主厂房厂用电系统和辅助厂房厂用电系统，而工艺部分则主要指的是高压电动、低压电动和成套设备等[1]。浙江衢州巨化集团公司热电厂#10机组电气控制系统的主要控制设备包含有35kV配电装置、10#锅炉、汽机的发电机变压器部分及6kV厂用电源部分、380V厂用电源部分等（包含通讯接入的网络接口设备及规约转换）。
二、DCS控制系统
DCS控制系统目前采取两种控制方式，即部分DCS控制方式和完全DCS控方式。部分DCS控制方式是通过DCS的I/O通道或网络通信将控制指令发送到电气控制装置上，从而由DCS控制软件来实现低层次的电气逻辑，这种控制方式其控制设备相对完全独立，即使脱离了DCS系统，各电气控制系统仍然可以安全运行，对速度功率要求不高的装置，可以大大减轻DCS的负担。而完全DCS控制方式则是由DCS的硬件与软件来完全实现电气逻辑，其主要包括发电机同期逻辑，厂用电自动切换逻辑，发电机励磁调节器甚至简单的继电保护逻辑等，而由于它的控制逻辑都在DCS中实现，因此电气控制装置非常简单，组态灵活，修改逻辑方便，可以适应不同的运行方式，并且电气控制装置与DCS的可靠性完全相同，但具体应用起来这些功能对速度的要求相对较高，费用太大，对DCS的负担也较重，甚至有可能影响其他子系统。
在浙江衢州巨化集团热电厂#10机组中，分别设置了DCS控制主系统和分系统。其中主系统主要包括三个部分：即电气控制系统，锅炉控制系统和汽机控制系统。而DCS控制分系统则主要包含两个部分：即炉后脱硫、脱销、除尘、输灰等控制系统以及输煤栈桥控制系统。其主系统与分系统的DCS控制系统均要求采用相同的软件和硬件，并且为了达到减员目标，主系统与分系统的具体操作员站必须保持统一一致，即在主系统与分系统的任何一台操作员站上做到只是画面的切换就能对汽机、电气、锅炉等所有设备以及炉后脱硫脱硝除尘输灰湿式电除尘和输煤栈桥等所有设备进行操控和监视，而无需重新登录或改变环境。
三、电气监控系统与DCS控制系统的整合方式
在一般情况下，电气监控系统中接入DCS控制系统的方式主要有四种：
第一种DAS方式。第二种是硬接线方式。第三种则是硬接线与通信方式联合的方式。第四种是全通信方式。
以浙江衢州巨化集团公司热电厂#10机组为例，其电气控制系统与DCS控制体系统的整合方式主要分为两部分。第一部分主系统，即主厂房电气设备的控制（包括380V厂用电源、6kV厂用电源及备用电源、发电机断路器、35kV主变断路器、35kV升压站及35kV联络线等）由DCS控制系统控制（采用大量硬接線与少量通信方式相联合的方式）。而二次保护装置、自动装置及通讯装置由电气专业来做，控制部分与主厂房汽轮机、锅炉的控制融合在一起，共同由DCS来控制。第二部分分系统，炉后环保系统（脱硫、脱硝、布袋除尘、湿法电除尘、输灰等）与输煤栈桥系统合起来，由DCS来控制（主要采用硬接线方式），而原来炉后环保系统（脱硫、脱硝、布袋除尘、湿法电除尘、输灰等）、输煤栈桥系统的控制是由电气专业用PLC来做而实现控制的，现在用DCS来做从而实现控制。分系统与主系统有通讯联络，主系统能看到分系统的运行情况，但主系统暂时不能操作分系统设备。
四、整合后的成效
在巨化集团中，由于#10机组（园区热电厂）设置一台全厂单元长站，并且采用相同的控制系统，从而能更全面地了解全厂的安全生产情况，即主系统（机、电、炉）的DCS控制系统、分系统（炉后脱硫脱硝除尘输灰、输煤栈桥）DCS控制系统的数据最终都整合到一台上位机上，在单元长站上能够监视全厂机电炉、脱硫脱销除尘输灰和输煤栈桥的所有生产运行情况。两种系统相合整合后的成效具体表现在以下几个方面：
1.可以对设备质量进行有效控制
主厂房原先电气设备的控制、保护、自动装置、通讯等是由电气专业自己来做的，独立性很强；而现在控制由DCS来完成，电气专业只提供保护自动装置、通讯等，而且炉后环保、输煤栈桥的设备控制也改由DCS控制系统来完成，这样整合使用后各设备之间协调性增强，操作起来更为流畅简单，而且安全性稳定性以及可靠性都比较高。
2.可以对项目工程成本进行有效控制
通过电气控制系统与DCS控制系统的整合使用，对工程项目中的进度管理、成本控制方面可以进行有效地研究分析，对工程造价可以进行有效地估价预算，在操作人员的安排利用上也可以做到节省人力资源，从而使项目工程成本得到精确的分析与控制。
3.可以对项目工程的变更进行有效地控制
通过两种系统的整合使用，由于其良好的协调性，在项目工程的具体建设中，对一些工程变更的处理方式可以实行有效地控制，使其处理方式灵活多变，并且对相关合同协议的具体内容要求可以明确地编制规划，最终使其变更时更为快捷，缩短时间，使成本得到更加有效地控制。
结束语
随着我国电力工程的大力发展，热电厂未来电气控制自动化技术将得到广泛推广应用，其中电气控制与DCS控制的整合使用意义重大，浙江衢州巨化集团公司热电厂#10机组中，两种系统技术的整合使用使整个热电厂控制水平大幅度提高，效果显著，为企业的发展奠定了良好的基础。
参考文献
DCS操作统计考核系统开发 篇4
分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS的主要特点是分散控制、集中管理[1]。 DCS通常采用若干个控制器对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。计算机操作站通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令[2]。DCS过程控制站执行的操作指令一部分来自自动判断逻辑,一部分来自手动调控。自动判断逻辑来源于成熟的综合参数调配,手动调控依赖于运行人员的工作经验和技术水平。
1需求分析
DCS系统本身并没有统计分析功能,这给日常运行维护和人员考核带来了诸多不便。例如I/O卡故障时,需判断是通道问题还是设备问题,只能逐一排除,无法快速、准确地处理故障。手动调控操作在时间和难度上分布不均衡时(例如负荷调节),不能从个人奖惩上体现出差别,无法调动员工的责任感和工作积极性。开发DCS操作统计考核系统是DCS用户的普遍需求,本文以王曲发电厂的DCS应用拓展项目为例,介绍DCS操作统计考核系统的开发过程。
数据流向如图1所示。
在图1中,1 ~ 5是电厂DCS信号和厂级监控信息系统(Supervisory Information System in plant level,SIS)数据的典型流向,6 ~ 9进入管理信息系统(Management Information System,MIS)部分是DCS操作统计考核需要专门开发的特定模块。后台程序启动后,定时从镜像服务器实时数据库中读取需要监测的DCS状态,把状态变化写入关系数据库,客户端发送查询统计请求时,操作统计考核服务器将统计结果回送给客户端浏览器。
DCS操作统计结果的产生比较复杂,需要根据操作复杂度产生相应分值,根据时间戳匹配值班记录,并根据奖惩记录判断本次操作是否记分。统计查询与考核功能通过Excel报表形式将评分结果进行汇总,并形成操作量统计日报表、月报表、任意时段报表、个人报表、班组报表、独立设备报表、设备集群报表、机组报表等。
2系统设计
2.1系统规划
1)数据来源。系统收集的设备状态变更数据来自SIS系统和人工补录,班组值班信息由生产单位填报,其他辅助数据(如机构设置、人员基本信息、人员权限分配、考核标准等)由生产单位或管理部门手工录入。
2)使用部门。人员信息和值班数据填报工作由各生产单位完成,考核标准制订和考核结果生成由相关管理部门完成,考核结果汇总、终审后归档,并报厂领导审阅。系统的最终目标是:管理部门对照设备运行情况,对设备状态进行分析评估;根据考核结果,对相关的生产单位进行奖惩考核,并提出相应的督促整改建议。
3)统计方法。系统按照集控、化学、除灰、脱硫脱硝、燃运等进行统计操作。SIS自动统计功能以设备的运行、备用、检修状态的相互转换为依据,以参数变化、电动门的开关状态为补充进行统计,统计方法由各专业专工负责制定。
2.2模块设计
系统模块如图2所示。
1)状态监测后台程序。部署在远程终端的状态监测后台程序以轮循的方式每1~5 min访问实时数据库镜像,查询与数组中设备编号相同的被监测设备状态,如果状态有变化,则将变化情况写入关系数据库,并更新设备状态。后台程序生成的状态变化记录是设备操作统计考核的根本依据。
2)监测项目分类管理。为了方便查看,状态监测项目按照设备归属分组,值班人员按照部门归属分组,每个监测项目在特定时段只能属于一个部门的某个班组。在关系数据库中,每条设备变化记录都有时间戳,统计考核时根据时间戳所在班组进行操作记分。监测项目分类如图3所示。
3)人工录入设备操作情况。有些设备的某些操作没有安装状态监测装置,但其操作次数需要统计, 或者设备状态监测后台程序没有运行,在这种情况下,需要人工补录操作情况。人工补录是对自动监测必不可少的补充。
4)人员班组管理。管理员进入系统后,可以设置电厂组织机构、人员归属等。
5)设备操作和班组考核标准管理。设备操作次数、班组考核的标准和依据通过此模块维护。修改标准后,之前的考核结果不受新标准影响。
6)考核结果生成。输入时间条件,根据考核标准和设备操作记录,可自动生成考核结果。
7)设备运行分析和检修备忘。根据设备动作记录的时间分布,分析设备健康状况。设备检修后,可以将检修记录保存起来以备查看。
2.3数据库设计
DCS操作统计考核系统只有后台程序设计涉及到实时数据库,考核的主要操作对象是关系数据库中的内容。后台程序筛选读取实时数据库点表镜像; 关系库中的基本表包括设备表、监测项目表、状态变化表、用户表、值班表、考核情况表、设备检修记录表等。用户视图包括操作量统计日报和月报、任意时段报表、个人报表、班组报表等。
3系统实现
3.1数据库选择和系统架构
DCS操作统计考核系统使用并发处理能力强、 安全性高的关系型数据库,安装在专门的服务器上。 考虑到兼容性和成本,系统采用微软公司的SQL Server 2008[3],并采用双硬盘和多种备份策略来保证数据的一致性、完整性和安全性。
DCS操作统计考核系统采用C/S模式开发数据采集程序,采用三层B/S模式开发管理统计程序。 系统将功能实现的核心部分集中到单台服务器上, 简化了开发、部署和维护的过程。程序发布环境为微软 .Net Framework 4.0,浏览器通 过Web Server同数据库进行数据交互,局部实时刷新采用AJAX技术[4]实现。
3.2权限模式
系统用户众多,这些用户处于不同岗位,具有不同的级别和权限,其从系统中获取与处理信息的职权也不同,这就要求系统提供一种权限管理模型来控制用户使用系统的权限。DCS操作统计考核系统采用基于角色的访问控制(Role-Based Access Control,RBAC)权限管理模式[5],并将这一模型通过应用程序菜单来实现。先把操作划归给角色,再把角色授权给相关人员。不同角色用户登录时,系统自动为其分配相应的操作菜单。
系统按照权限差别划分了系统管理员、操作项目管理员、操作明细管理员和一般用户4种角色。 系统管理员负责维护人员机构信息,操作项目管理员负责设备和操作项目管理,操作明细管理员负责操作明细增、删、改和操作得分划分,一般用户可以查看操作得分明细。查看操作项目和操作得分明细、 进行汇总统计则是公共操作。
3.3典型模块
在浏览器中打开DCS操作统计考核系统网址, 在登录页输入用户名和密码,系统核对无误后根据用户角色跳转到相应的功能页面,并为其提供相应的功能菜单。用户功能菜单如图4所示。
1)操作项目管理:操作项目管理员登录系统后,点击左侧窗口的子类别名称,可以查看属于该子类别的操作项目,管理操作项目界面如图5所示。通过此页面可以跳转到相关功能页对项目进行增、删、改操作。
2)划分操作次数:自动监测产生的操作明细,需要手工划分操作次数。操作明细管理员登录系统后, 点击操作明细右侧的编辑图标,即可进入操作次数划分页面。操作次数划分界面如图6所示。
3)手工添加操作发生明细:进入添加操作明细页面,在此页面选取操作项目,填写操作时间,选取操作人员和相应操作分值,即可添加操作明细(见图7)。虽然操作项目已经按照类别划分,但由于数量太多(4 000多项),人工查找比较费时,采用AJAX技术根据输入操作名称的关键词更新匹配项,提高了查找效率。这里的关键词检索支持字母和全拼, 例如“主汽门全关闭试验”,输入前4个字的首字母 “zqmq”即可被快速检索到。
4结语
DCS系统验收报告大纲 篇5
为保证产品的出厂质量，DCS系统出厂前应按工程的合同协议要求进行系统硬件、软件、回路组态和系统性能及功能的检查、测试验收。
进行出厂试验时，系统的主要功能试验应通过模拟现场实际方式进行；过程输入输出通道精度的检查，采用同种类抽样检查的方法，被抽查的硬件必须全部合格，否则应成倍增加抽查数量，直至全部检查。
经检查的出厂设备、软件配置和试验后得出的性能指标，应与合同供货清单、有关设计联络会纪要及设备说明书的技术指标相符。验收合格后，验收报告经双方签署后生效，允许出厂。
一、DCS系统出厂验收前应满足以下的条件
（1）已按工程设计要求，完成了控制系统的设备配置和软件组态，设备制造、软件编程和反映目前系统真实状况的有关文件汇编。
（2）DCS系统组成模拟系统，全部应用软件已装入。验收项目自检合格，并提供合格的自检报告。
（3）验收所需要的测试设备已准备充分，计量仪器应具有有效的计量检定合格证书，贴有有效的计量标签，其精度等级应符合计量规定要求。
二、DCS 系统出厂验收检查及测试项目
（一）系统硬件配置和外观检查
1、硬件表面无划伤痕迹，机柜标识及厂标；
2、硬件配置及数量符合协议要求（基本供货清单）；
3、接地系统设计、接地排；
4、接线空间和接线端子。
查系统配置的输入点数和输出点数，实际使用的输入点数和输出点数、安装机架的可扩空间及端子排的余量。输入输出通道的余量不得低于总输入输出通道数的10％～15％。安装机架的可扩容量及端子排的余量应大于输入输出通道总数的l0％一15％。
（二）系统软件配置及技术资料的验收
1、系统的通讯协议已经完成；
2、所有的模件有相应的说明书；
3、所有的外配件有说明书；
4、所有的模件、电源具有相应的合格证明（24V电源的滤波、防短路、过流保护等）、全套系统所需电源总容量要求，以及系统电源配置方式和要求说明；
5、画面部分已经完成；画面布局、色调、对比度、显示分辨率；工艺流程图符合提供的图纸和修改意见，参数单位符合测量管理体系要求；主要操作成组符合工艺要求；连锁挂牌及电源指示设计符合规范和操作惯例；
6、有详细的柜内布置图、端子排接线图、电源原理接线图；
7、软件部分配置是完全，软件部分是否是正版，有没有杀毒软件应明确说明。软件数量和载体符合要求
8、上述软硬件应符合甲乙双方相关的协议要求及电力系统DCS控制系统安装、改造、调试的相关规定，同时确保下述各项验收合格。
9、控制系统应用手册，检修规程草稿，应急预案草稿（扬子等厂）；
（三）报警、事故信号系统
1、报警系统是否完全；（是否分级）
2、有没有相应的声光语音报警，同时提供相应报警说明和版本样式（其最终版以调试结束后为准），以便验收。
3、SOE的记录是否正常，SOE的分辨率是否符合协议要求。
4、操作记录；
5、相关记录保存时间和查询方式；
6、确认报警和事故信号的方式及操作站的同步性
（四）电源测试
1、电压测量；（电压显示及切换接触器定值校验和整定记录）
2、电源冗余测试（主回路选用）；
3、电源切换时对计算器及控制系统的影响检查（可与系统测试同步）；
4、非控制系统电源单独配电（风扇、照明）
（五）控制系统基本性能测试
1、操作员站或服务器的冗余切换试验（不少于5次）
2、控制站控制器模件冗余切换试验（不少于10次）
3、控制回路可靠性试验
4、通信总线冗余切换试验（不少于10次）
5、模件、控制系统及机柜供电冗余切换试验（停电恢复测试、不少于10次）
6、容错性能试验
7、模件热拔插试验（不少于5次，报警记录，相应）
8、系统实时性测试（运算周期测试）
9、系统响应时间的测试
10、系统存储余量测试
11、通信网络系统负荷率的测试
12、抗干扰能力试验（不少于5次）
（六）系统基本应用软件功能的测试
1、系统组态和在线下载功能试验
2、操柞员站入机接口功能试验（操作键盘非定义键）
3、记录、报表、打印功能检查试验
4、通信接口连接试验
5、时钟同步精度的测试，各过程站输入同一开关量信号，时间误差应小于保证的站间时间分辨力。
（七）数据采集系统的验收
1、输出通道数据自保持功能测试
2、输入参数二次计算功能测试（浮点数，显示精度）
3、输入参数修正功能的检查
4、超限诊断报警功能的检查
5、输入过量程诊断功能检查
6、输入信号短路诊断保护功能校准
7、热电偶输入信号断偶诊断功能检查
8、热电阻输入信号短路或断路诊断功能检查
9、参数变化速率诊断保护功能检查
10、输入信号断路诊断功能检查
11、输入信号冗余功能检查
12、输出模件的输出信号短路和断路诊断保护功能检查
13、SOE记录和事故追忆系统
14、历史数据存储和检索功能试验（趋势操作，统计分析，自定义）
15、性能计算功能检查
16、I/O信号处理精度检查测试（不少于50%，或见证全部）
17、开关量信号正确性检查
（八）DCS控制系统功能验收
1、模拟量控制系统（修改量程和报警的可操作性，更换通道和增加卡件的可操作性；
2、DCS逻辑控制系统（主要已提供逻辑，修改的快捷、安全性）
（九）考核指标统计报表和实时数据统计功能的检查
1、能正常自动打印报表；
2、能按要求编制各种报表；
3、自定义报表
三、根据运行经验，特别列出以下本次验收重点注意事项：
1、配置点数按协议点配置；
2、控制器配2对；
3、开关量为继电器无源接点；
4、电动门辅机电源指示纳入DCS控制系统；
5、系统电源及网络采用冗余配置（看电源开关）；
6、不采用板载继电器，每一个数字量输出均配置继电器，继电器须带指示灯；（重点检查高压辅机的直流220VDC继电器）
7、每一只模块及元件要有空点，不可以布满；
8、机柜内所有电源开关、继电器要有明确的中文标示；
9、冗余的设备和同类的设备分开配置，（甲乙分离、串级分离，保护信号分离）；
10、确定机柜布置图、卡件配置图和网络结构图；
11、DCS控制系统画面上应该有防止误动措施；
12、DCS系统能实现对其他控制系统和设备的通讯；（确定协议；含智能设备及设备管理系统）
13、所有的DO都有继电器，并接线到端子排；
14、DPU的负荷率的检查；（不少于5次）
15、硬件出厂设备清单是否符合协议；
16、柜内接线是否规范；
17、每一个机柜有没有配置机柜顶灯（非强制）；，18、每一个机柜是没有温度信号；（风道设计、滤网提供备用）
19、机柜温度信号、电源报警及其他应用IO点应不包括在设计的IO点内（；
20、服务器为双电源冗余型，服务器应有2只电源模块；
21、在DPU切换过程中，数据切换是否正常；
22、DPU重启时对系统有无影响；AO、DO是否变位或变化；
23、DPU能否正常下装，下装过程中对控制系统有无影响。当上位机死机时，DPU是否工作正常；在下装过程中及下装结束后DO、AO是否有变位或变化。
24、当DPU与前段通讯中断时，DPU的工作状态是否正常，当重新恢复时，各模块是否工作正常；控制系统有没影响。AO、DO输出是否变位。
DCS操作系统 篇6
关键词：虚拟DCS；电厂仿真系统
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0038-02
1 DCS系统概述
大型集散控制系统（DCS）在现代电厂控制技术中占有重要的地位，它集计算机技术、网络通讯技术、数据采集、过程控制技术于一体，把整个电厂的控制过程、操作报警及数据显示等通过计算机或盘台集中表现出来，犹如人的大脑，控制着整个电厂生产流程。
1.1 DCS系统的仿真方式
因此，控制系统的仿真是电厂仿真系统中一个非常重要的部分，其仿真方法和仿真精度直接影响整个电厂仿真系统的质量、成本和实施效果。在常规的电厂仿真系统中，DCS的仿真主要内容有数据采集和发送、操作员人机界面、逻辑与控制过程、数据记录与输出等。主要有三种仿真方式：
①Simulation方式：用软件模拟DCS功能的实现方式。
②Stimulation方式：用原厂DCS硬件激励式模拟的实现方式。
③Emulation方式：用原厂DCS软件结合仿真其硬件环境的实现方式。
1.2 虚拟DCS系统的主要功能
虚拟DCS由原电厂控制系统厂商提供，是一种Emulation方式的仿真控制系统，它构建于虚拟控制器技术之上，采用原有控制硬件中的软件及其环境实现仿真，可以与原DCS逻辑组态保持高度一致，虽然价格仍然较高，但是远低于传统Stimulation方法，对于电厂控制算法研究分析和改进能起到相同作用。
虚拟DCS式电厂仿真系统就是采用虚拟DCS方法开发的，它为电厂仿真系统的发展开拓了一个全新的领域，它的主要功能有：
①具备完善的与仿真机的接口，能够模拟机组控制系统的运行状态和功能。
②具备良好的控制系统虚拟组态、运行、修改等功能，采用图形化、模块化、交互方式的组态环境，可进行运行培训、热工培训、DCS逻辑和运行规程检测、优化运行分析等。
③虚拟DCS具有开放式的通讯接口，能时刻跟上电厂DCS的变化，可以直接利用真实DCS工程师站的控制逻辑组态文件以及相关数据库技术实现仿真控制系统逻辑和画面升级。
以下就是OVATION控制系统虚拟DCS在电厂仿真系统中的应用。
2 虚拟DCS仿真系统组成
2.1 仿真系统的软件组成
系统软件由虚拟DCS软件和仿真服务软件构成。虚拟DCS软件由OVATION虚拟控制器软件、OVATION Database Server、OVATION 工程师站软件、操作员人机界面软件和接口通讯程序组成，仿真服务软件由仿真支撑平台软件和电厂过程（炉、机、电等）仿真模型组成。
系统软件结构如图1所示。
各个操作员人机界面接受操作员操作指令，发送到OVA-
TION Database Server，OVATION虚拟控制器软件从OVATION Database Server中取出数据，模拟真实DPU的算法策略经行运算，运算完成后再将结果送回到OVATION Database Server中，再经接口通讯程序发送到仿真服务软件，由仿真服务软件进行运算，运算出的数据再通过相同路径，反向传输到OVATION D-
atabase Server上，最后再将结果反馈到操作员人机界面上。
通过工程师站软件可以访问OVATION Database Server，修改其中的数据库点名和配置信息。
由于虚拟DCS系统与仿真服务软件分别处于两个不同的运行环境，需要解决两个系统之间的同步问题，如时间控制、复位、保存等，这里采用由仿真服务软件控制虚拟DCS系统的方式实现。
2.2 仿真系统的硬件组成
系统硬件由虚拟DCS硬件和仿真服务器构成。虚拟DCS硬件主要包括虚拟控制器服务器、虚拟DCS的工程师站、操作员站和网络交换机。系统硬件结构如图2所示。
OVATION虚拟控制器服务器主要用来为虚拟控制器软件提供运行环境，协调内部各个虚拟控制器软件的运算。
如果系统中有多个虚拟控制器服务器，其中一个须配置Master Host软件，它负责监视系统内所有控制器服务器的运行，并发送指令控制各个服务器状态。
仿真服务器用于运行仿真服务软件，包括支撑平台和仿真模型，并通过通讯程序，调用SimAPI函数发送仿真系统指令到Master Host，实现对虚拟DCS的控制。
虚拟DCS的工程师站主要运行OVATION Database Server和工程师站软件，实现数据库的存储和管理、SAMA图的组态、操作员界面的组态等功能。
操作员站主要模拟人机交互界面。
网络设备主要用来进行数据的传输与交换。
3 虚拟DCS应用于仿真系统的实现
3.1 仿真模型的开发
在仿真支撑软件支持下，程序设计采取”自顶向下”的结构化程序设计，建立全物理过程数学模型，机组启停、正常运行以及故障等全部直接包括在该模型中。
根据仿真范围，火电机组的仿真模型包括锅炉模型、汽机模型、电气模型，仿真方法与传统的Simulation方法一致，而控制模型的功能由虚拟DCS支撑平台实现。
3.2 虚拟DCS的开发
虚拟DCS开发是整个项目的关键，整套虚拟DCS由OVATION控制系统改造而成。根据电厂仿真机的标准和培训需求，虚拟DCS实现了与仿真模型同步的培训功能，如初始条件的加载、模型运算的冻结与解冻、临时工况的快存、回退和重演等功能，而这些是真实的DCS系统所不具备的。
整个虚拟DCS包括多个虚拟控制器，涵盖输入输出、数值运算等常见类型，能够完成整个DCS系统SAMA图的组态仿真。另外，还提供DCS系统的人机界面绘制修改工具，可对虚拟DCS的人机界面进行重新组态，扩充图形控件。
项目执行期间，先收集项目电厂的控制逻辑和画面源文件，再导入虚拟控制器服务器，操作站从服务器下载匹配的控制器和画面源文件，这样就得到与项目电厂一样的逻辑和画面了。
3.3 虚拟DCS与仿真模型的联调
虚拟DCS数据库为实际控制系统的组态数据库，与实际DCS点对应，其构成、组态由控制公司的设计人员完成。仿真模型数据库按照收集现场的实际设备及工艺流程资料，由仿真机建模人员使用仿真支撑系统设计开发完成。
在虚拟DCS和仿真模型都开发完成后，就可以将两者连接起来进行联调。根据模型工程师和虚拟DCS工程师分别提供输入输出接口清单，把模型侧数据点和DCS侧数据点一一匹配起来。另外，编写接口通讯程序，调试运行使两者的数据库能够进行实时数据通讯交换。
3.4 虚拟DCS与仿真结合的难点问题及解决方法
在虚拟DCS与仿真结合过程中接口通讯程序的编写是整个项目的难点问题，因为虚拟DCS数据库平台与仿真支撑平台分属两个公司，数据库结构、通讯模式都有很大差别。本项目中两个平台的通讯采用OPC通讯方式解决。
控制公司提供了OPC Server接口，仿真工程师开发一个O-
PC Client，通过这种OPC Server/OPC Client结构实现虚拟DCS系统与仿真平台之间的数据交换。
OPC规范中提供了两套接口方案，即定制接口方案和自动化接口方案。其中定制接口效率高，通过该接口能够发挥OPC服务器的最佳性能，一般采用定制接口方案。
在VC环境下，使用定制接口方案开发OPC客户应用程序实现的步骤如下：
①编写OPC头文件→②初始化COM支持库→③连接OPC服务器→④创建OPC组→⑤添加数据项→⑥数据交换→⑦释放接口指针。
4 结 语
仿真系统的设备模型的开发方式与常规Simulation方法仿真机相同，因此仿真范围和精度没有改变，培训效果没有削弱。热控人员还可以利用虚拟DCS工程师站进行数据库组态、逻辑组态调整、画面修改等培训，大大增强了培训效果。同时，虚拟DCS式的电厂仿真系统保留了Simulation方法对于设备模型仿真的范围和精度，兼顾了Stimulation方法对于控制系统高精度仿真的效果，又相对节省了硬件投资，缩短了开发周期，是一种理想和多应用功能的电厂仿真系统建设方式。
参考文献：
[1] 游景玉.仿真控制论文集[M].珠海：珠海出版社，1999.
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[3] 潘爱民.COM原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2002.
论述DCS接地系统 篇7
DCS接地系统是为了保证DCS的信号、供电电源或DCS设备本身出现问题时, 将过载电流导入大地, 为DCS 提供屏蔽层, 消除电子噪声干扰, 并为整个控制系统提供公共信号参考点 (即参考零电位) 。一旦接地系统发生问题 (接地电阻过大, 多点接地, 接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等) , 将会造成人员的触电伤害及设备的损坏。据了解, 有些电厂DCS经常“死机” (或不明原因的“死机”) , 大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此, 完善、可靠、正确地接地, 是DCS 能够安全、可靠和良好运行的关键。
1.1 DCS接地分类
一般情况下, DCS需要两种接地:保护地和工作地 (逻辑地、屏蔽地等) 。对于装有安全栅防爆措施的系统, 如化工行业所用的系统, 还要求有本安地。
1.1.1 保护地 (CG, Cabinet Grounding) 是为了防止设备外壳的静电荷积累和避免造成人身伤害而采取的保护措施。DCS所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网, 接地电阻小于4 Ω。
1.1.2 逻辑地也叫机器逻辑地、主机电源地, 是计算机内部的逻辑电平负端公共地, 也是±5 V等电源的输出地, 如CPU的±5 V、±12 V的负端, 需要接入公共接地极。
1.1.3 屏蔽地 (AG, Analog Grounding) 也叫模拟地, 它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉, 以提高信号精度。DCS中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地, 即线缆屏蔽层一端必须接地, 防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地, 必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地, 并接入公共接地极。
1.1.4 本安地要求独立设置接地系统, 接地电阻≤4 Ω。本安地的接地系统应保持独立, 要求其与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离在5 m以上。
1.2 DCS接地方式
1.2.1 利用电气接地网作为DCS接地网, 即与电气接地网共地。
1.2.2 DCS设专用独立的接地网。
1.2.3 DCS设专用接地网, 经接地线、再接至电气接地网。
由于1.2.3节接地方式与1.2.2节接地方式有较多相同处, 所以, 计算机或DCS曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是:占地面积太大, 投资高, 电缆及接地网钢材耗量大, 距厂房有相当的距离 (因不易在厂房内找到合适的位置) , 管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便, 且效果不甚良好。实际运行表明, 设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的, 如某电厂曾因接地问题, 造成机组跳闸数十次。根据调查, 不少电厂已将DCS接地改为电气接地网接地, 并取得了良好的效果。
1.3 对公共接地极 (网) 的要求
1.3.1 当厂区电气接地网对地分布电阻≤4 Ω时, 可将厂区电气接地网作为DCS的公共接地极 (网) 。
1.3.2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时, 应独立设置接地系统, 即为DCS的公共接地极 (网) 。
1.3.3 没有本安地接入的公共接地极 (网) 的对地分布电阻应<4 Ω;有本安地的<1 Ω。接地总干线的线路阻抗<0.1 Ω。
1.3.4 接地极周围15 m内应无避雷地的接入点, 8 m内应无 30 kW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时, 防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起, 二者间距离应在10 m以上。
2 DCS的接地原则
2.1 DCS设备的接地装置
2.2.1 操作台、打印台、服务器柜、继电器柜、UPS柜、配电柜设有保护地螺钉。
2.2.2 DCS的I/O机柜设有屏蔽接地汇流排, 保护地螺钉。系统地 (+24 V地) 悬浮。
2.2.3 仪表柜、手操盘台设有屏蔽地接地汇流排和保护地螺钉。
2.2.4 安全栅柜设有屏蔽地接地汇流排、本安地接地汇流排和保护地螺钉。
2.2 信号屏蔽及其接地
2.2.1 根据有关技术规定要求, 计算机或 DCS信号电缆的屏蔽层不得浮空, 必须接地, 其接地方式应符合下列规定。
a.当信号源浮空时, 屏蔽层应在计算机侧接地。
b.当信号源接地时, 屏蔽层应在信号源侧接地。
c.当放大器浮空时, 屏蔽层的一端与屏蔽罩相连, 另一端宜接共模地 (当信号源接地时, 接信号地。当信号源浮空时接现场地) 。
d.当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时, 应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
2.2.2 DCS信号电缆的选择与敷设, 应严格按照有关规定执行, 屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS的抗干扰能力, DCS开关量输入/输出信号, 选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
3 DCS的接地方法
3.1 集中布置的DCS设备接地方法
由于大家熟悉集中布置的DCS设备接地方法, 以及受篇幅限制, 这里就不介绍了。
3.2 分散布置的DCS设备接地方法
分散布置DCS设备之间的连接一般是网络 (通讯) 线, 例如:现场控制站分散到现场, 而操作员站位于不同的控制室, 分散直径在500 m的范围内, 各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。
3.2.1 使用光纤连接的站点:
各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备。
3.2.2 使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点。
a.控制室的各类地线先连接到公共连接板, 公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去, 整个接地网络是一个星型结构。
b.使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备 (信号避雷器, 通流量不小于5 kA) 与DCS的SWITCH、 HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极, 各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或 DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设, 钢管或桥架必须可靠接地。当雷击, 或者电气事故造成两边地电位差过大时, 信号避雷器可以保护两边的设备。
3.3 DCS设备接地安装
接地体为钉入地下的良导体, 由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊, 焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网, 接地网应满足DCS接地电阻的要求。当接地网干线与接地体采用搭接焊时, 其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6 倍, 见图1。
3.4 DCS接地降低土壤电阻率的方法
3.4.1 改变接地体周围的土壤结构。
在接地体周围的土壤2～3 m范围内, 掺入不容于水的、有良好吸水性的物质, 如木炭、焦碳煤渣或矿渣等, 该法可使土壤电阻率降低到原来的0.1～0.2。
3.4.2 接地体周围土壤用食盐、木炭分层夯实。
木炭和细掺匀为一层, 约10～15 cm厚, 再铺2～3 cm的食盐, 共5～8层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的0.2～0.3。但食盐日久会随流水流失, 一般超过两年就要补充一次。
3.4.3 长效化学降阻剂法。
既用长效化学降阻剂向接地体周围土壤喷散可使土壤电阻率降至原来的40%。
3.5 DCS接地材料及要求
3.5.1 接地体与接地网干线的材料要求
接地体和接地网干线所用钢材规格应符合规定, 若接地电阻满足不了要求时, 也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所, 应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大截面。
3.5.2 接地连线要求
DCS的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。当接地连线距离较长、DCS对接地电阻要求较高或接地干线分接的支线数量较多时, 宜选用表中截面较大的电线电缆。
4 现场接地注意事项
4.1 现场控制站:接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘, 屏蔽地汇流排与底座间绝缘, 因此, 现场控制站必须按规定做好接地处理, 即分别接至现场控制站接地汇流排上。I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地, 保证等电位。
4.2 现场控制站:操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。
4.3 I/O模件:模拟量模件即直流24 V的负端应接至逻辑地汇流排上, 逻辑地汇流排接至屏蔽地, 再接入总接地汇流排。
4.4 现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线, 现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。
4.5 接地系统的电阻必须进行测试, 以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
5 结束语
在DCS的使用中, 由供电和接地引起的工作异常占70%以上, 因此, 供电和接地的问题绝不容忽视。只要认真遵循系统的各项原则要求, 精心地施工和维护, DCS必能长时间地提供稳定可靠的服务。有条件时, 尽量考虑加装隔离变压器及浪涌电压抑止器, 以使接地系统更加规范, 更加完善, 提高DCS的抗干扰能力。
摘要：随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高, 分散控制系统 (DCS) 已在国内各电厂中得到广泛应用, 为了保证DCS的监测控制精度和安全、可靠运行, 对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面, 必须进行认真设计和统筹考虑, 为此, 结合华电富拉尔基发电总厂的DCS的应用情况, 对DCS的接地系统, 展开了全面讨论。
关键词：接地,屏蔽,安全,系统
参考文献
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[2]杨蔚然、王志锡.热工仪表及控制装置安装[M].北京:中国电力出版社, 2001.
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[4]王志祥、朱祖涛.热工控制设计简明手册[S].北京:水利电力出版社, 1995.
DCS系统接地应用 篇8
随着我国硫酸工业的迅速发展和自动化水平的提高,DCS得到了广泛应用,对保证硫酸生产企业的安全、经济运行起到了十分重要的作用。
DCS系统合理、可靠的接地,是DCS系统实施过程中非常重要的内容。为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠运行,防止参数显示值大范围波动(表现为趋势曲线震荡)并最大限度遏制误动作的发生,必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计等进行认真设计和统筹考虑。
1 DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地的目的,是保证当DCS系统的信号、电源或DCS系统设备本身出现问题时,可以通过有效的接地系统承受过载电流,并迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层,消除电子噪声干扰,并为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。当接地系统发生问题时(接地电阻过大,多点接地,接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等),会造成人员的触电伤害及设备的损坏。据了解,有些硫酸企业的DCS系统经常出现不明原因的“死机”,大多是因为接地系统不良或存在问题所引起。
应用于硫酸企业的DCS控制系统,一般需要两种接地:保护地和工作地(逻辑地、屏蔽地等)。因为不存在易燃易爆物质,故不要求有本安地。
DCS系统保护地的接地方式:利用电气接地网作为DCS接地网,即与电气接地网共地;设DCS系统专用独立的接地网;设DCS专用接地网,经接地线、再接至电气接地网。
第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处,可以统称为专用接地网。以前DCS系统曾经较多地采用专用接地网,并且目前大多数设计中也要求采用专用接地网。但这种接地方式存在明显的缺点:施工难度高;占地面积大,投资高,维护管理困难,且实际效果不理想。
鉴于此,商洛炼锌厂的20万t烟气制酸装置DCS系统没有采用专用接地网,而是改用电气接地网接地,取得了良好的效果。
对公共接地极(网)的要求:
(1)当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时,可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极(网)。
(2)当厂区电气接地网对地分布电阻较大或较杂乱时,应设置独立的DCS系统公共接地极(网),即为DCS系统专用独立的接地网。
(3)设置独立的DCS系统公共接地极(网)时,应确保:没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4Ω,有本安地的小于1Ω,接地总干线的线路阻抗小于0.1Ω。
(4)接地极周围15m内无避雷地的接入点,8m内无30kW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时,防雷保护地应通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起,二者应距离10m以上。
2 DCS系统的接地原则
2.1 集中布置的DCS系统
集中布置的DCS系统的接地装置的配置应遵循以下原则:
(1)操作台、打印台、服务器(主控制器)柜、继电器柜、UPS柜、配电柜:应设置保护地螺钉。
(2)DCS系统I/O机柜:应设置屏蔽接地汇流排,保护地螺钉。采用隔离电源时,系统地(DC24V的负端)悬浮,以实现24VDC供电与交流供电系统的隔离;非隔离电源时,系统地应接在逻辑地汇流排上。
(3)仪表柜、操作盘(台):设置屏蔽地接地汇流排,保护地螺钉。
(4)安全栅柜:对于防爆有严格要求的场所,应配备安全栅柜。安全栅柜设置屏蔽地接地汇流排,本安地接地汇流排,保护地螺钉。
DCS系统的信号传输电缆的选择与敷设,应严格按照有关规定执行,一般均应采用屏蔽电缆。为了提高系统抗干扰能力,对于开关量I/O信号,最好选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆。信号传输电缆屏蔽层不得浮空,必须接地,接地方式应符合下列规定:
(1)当信号源浮空时,屏蔽层应在计算机侧接地。
(2)当信号源接地时,屏蔽层应在信号源侧接地。
(3)当放大器浮空时,屏蔽层的一端与屏蔽罩相连,另一端宜接共模地E(当信号源接地时,接信号地;当信号源浮空时,接现场地)。
(4)当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时,应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
2.2 分散布置的DCS系统
分散布置的DCS系统设备之间的连接一般采用网络(通信)线。例如:现场控制站分散布置在离被监控设备、生产线较近的DCS系统机房,而操作员站位于远离现场的不同控制室,各站点间距离在100m以内的(含100m),一般使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线,超过100m的则要使用多模光纤连接。
使用光纤连接的站点:各站点内的接地方法与集中布置的DCS设备相同。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的各站点,按以下原则进行接地:
(1)控制室的各类地线先连接到公共连接板,公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去,整个接地网络是一个星型结构。
(2)使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线时,两端应通过网络浪涌保护设备(最好使用通流量不小于5kA的信号避雷器)与DCS系统的SWITCH、HUB、RE-PEAT或其他网络设备相连。当雷击,或者电气事故造成两边站点的地电位差过大时,信号避雷器可以保护两边的设备。
(3)连接线两边的站点应有各自的公共接地极,二者不必用金属连接,各站点内部的接地方法同集中布置的DCS设备。
(4)DP屏蔽双绞线或5类双绞线必须穿镀锌钢管敷设或在金属桥架内敷设,钢管或桥架必须可靠接地。
3 DCS系统的接地安装
DCS系统的接地体为钉入地下的良导体,由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊,焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网,接地网应满足DCS系统接地电阻的要求,为此应降低土壤电阻率。降低土壤电阻率的方法如下:
(1)改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围2~3m范围的土壤内,掺入不溶于水的、有良好吸水性的物质,如木炭、焦碳煤渣或矿渣等。该法可使土壤电阻率降低到原来的1/10~1/5。
(2)用食盐、木炭降低土壤电阻率。将食盐、木炭分层夯实(木炭和细掺匀为一层,约10~15cm厚,再铺1层2~3cm厚的食盐,……共5~8层),铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/5~1/3。但食盐日久会随流水流失,一般超过2年就要补充一次。
(3)用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。
4 现场接地注意事项
(1)现场控制站:接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘,屏蔽地汇流排与底座间绝缘,现场控制站必须按规定做好接地处理,即分别接至现场控制站接地汇流排上;I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地,保证等电位。
(2)操作员站、工程师站、网络交换机、主控制器(服务器主机)等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。
(3)I/O卡件(模件):采用隔离电源的模拟量卡件(模件)的24VDC负端接到系统地上;采用非隔离电源的模拟量卡件(模件)的24VDC负端接至逻辑地汇流排上,逻辑地汇流排接至屏蔽地,再接入总接地汇流排。
(4)现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线,现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。
(5)接地系统的电阻必须进行测试,以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
5 结语
DCS系统报警管理探索 篇9
DCS报警系统能力和效率的高低直接影响着整个DCS系统的性能指标。因此,报警系统需要保证具有极高的实时性和可靠性,不允许缺漏或重复记录,并能够及时响应报警信息的查询和确认等操作。以某石油项目处理厂为例,探讨DCS系统的报警管理。
1产生大量报警的原因
DCS系统报警的设置非常容易,以一个AI(模拟量)点为例,它可以有高高报、高报、低报、低低报4类报警设定,加上系统本身存在的回路完整性报警、超量程报警和许多其他报警,报警点较多。经过对处理厂的报警统计分析,产生大量报警主要有以下几个原因:
(1)常驻报警:是指工厂处于正常操作状态,报警却处于激活状态的报警。这类报警通常是由仪表故障、不恰当的报警限设置以及设备不能正常工作引起的。虽然这些常驻报警不会给操作员带来太多的麻烦,但是实际上已经丧失了报警能力。工厂的运行条件真正发生变化,这些报警也不能再报警,而且常驻报警会淹没其他极为重要的信息。
(2)重复的报警:反复激活的报警。这类报警对操作员的正常操作会产生严重影响,特别是在非正常工况期间,这些重复报警会引起报警泛滥起。EEMUA及早期HSE研究文件例证了大部分的(50%)报警是由少量的报警点引起。产生重复报警原因主要有:仪表故障、报警设定值太靠近正常操作值、使用了无效的(或没有用)死区、延迟/重复时钟和类似原理设计的报警。
(3)报警泛滥:经常在流程工厂出现非正常工况的前10 min出现几百个报警,每秒钟超过一个,使操作员放弃了报警系统,不看报警就进行确认,这样操作员不仅可能失去重要的信息,而且可能曲解看到的信息。
2报警管理采取的措施
(1)对报警值设置不当的工艺参数重新设定报警值。
(2)增加报警死区,通常设为0.5%~3%,根据实际情况可以上下浮动。
(3)取消重复设置的报警。例如,在PID功能块设置了报警,就没必要在输入功能模块上再设置报警。
通过以上措施,消除了大量报警。但存在的报警数量仍然比较多,与ANSI/ISA等工业实践标准相比较,还有较大差距。
3实现报警管理的有效措施
ANSI/ISA-18.2-2009过程工业报警系统的管理标准,提出报警管理的闭环过程如图1所示。根据图1所示模型,提出以下管理措施。
3.1建立报警原则
报警原则是一份书面的文件,它规定了怎样设计和实施一个报警系统。它还定义了在一个特定的现场或者机构内应该怎样管理报警同时它还提供了报警组态时的架构,保证了报警组态的统一性。
3.2识别系统中存在的潜在报警
通过对整个监控系统进行全面的分析,找出系统中所有监控数据中可能存在报警的监控点,并对其进行记录。
3.3正缺选择报警
并不是所有工艺参数都需要设置报警,由工艺工程师确定哪些过程参数需要设置报警,设置报警的参数应当不超过所有工艺参数的30%。可以从以下几个方面着手:
(1)取消那些没任何问题时发生的报警。例如在机组停车时,机组某些参数不在正常运行范围内而引发的报警,此类报警因未恢复到正常状态而无法确认消除,最终导致机组停运期一直为常驻报警。
(2)取消那些发生报警而工艺操作人员没有任何响应的报警设置。因为操作人员不需要任何响应,此类报警对生产运行不会产生影响,为使报警系统起到作用,此类报警可以取消。
(3)修改部分超量程仪表的测量范围。
(4)将部分报警改为预警,只为现场运行起到提示作用,提醒现场操作人员该做某些操作。
3.4加强自控仪表管理
加强仪表维护,及时处理回路完整性报警;针对部分控制回路有问题,波动较大,不断发生报警的情况,通过调整PID工艺参数或调整工艺操作提高控制回路稳定性,减少报警的发生。
3.5优先级管理
将所有报警列出,由工艺人员选择5%最重要的报警,15%次重要的报警,其他为一般报警。将最重要的报警设置为最高优先级报警,将次重要报警设置为次优先级报警。如果装置状态出现波动,发生了报警洪流问题,操作人员可以利用报警过滤功能,使报警窗口只显示高优先级报警,便于找到问题的原因。
3.6组态报警
选择合适的报警种类,如高报、低报、高高报、低低报等,设置合适的报警值,对于模拟量报警设定报警死区。报警种类选择和报警值设定非常重要,如考虑是否需要同时设置高报和高高报,如果报警值设置和联锁值相等,当报警发生时,联锁已经动作,操作员就无法做出响应。报警组态的内容可以根据实际报警检测和评估结果进行适当修改。
3.7报警响应
当有报警发生时,中控人员根据报警内容,通知相应的现场处理人员,并记录报警。现场人员处理完报警后,汇报中控人员报警的解决过程,中控人员对相应报警记录进行消除。如果报警未在当班解决,当班人员应该在交接班时对下个班进行交接,接班人员继续对其进行解决,直到报警解除后,中控人员对其销案。
3.8评价报警管理性能
对于报警管理性能评价,目前常利用报警管理软件进行一些离线分析,将报警系统性能的关键指标与ANSI/ISA等工业实践标准相比较(ANSI/ISA标准见表1),找出差距,继续改进。通过性能评估,可以识别出一些不良报警,逐步提高报警管理的性能。评价报警管理主要包括以下几个方面:系统中每个操作员需要处理的报警数量;这些报警的优先级分布情况;有问题的报警数量;比较不同装置的报警系统运行性能。
3.9变更管理
报警系统变更管理包括报警允许修改、报警值修改、报警优先级修改。通常通过对一段时间报警的统计,整理出若干最差的报警。由运行队人员对报警提出意见,并对其重新取合理值。报警管理工作小组对其进行评估后,提出变更意见,报主管领导审批后实施,修改完后将其归档。
3.10变更完后的性能检测
变更后的报警,还需要对其进行重新评估。如果变更后的报警并未得到改善,可以将系统恢复到改进前的状态,直到缺陷被修复好再重新进行更改,并确认和测试新组态。
4实现报警有效管理的重要意义
在工艺过程波动时帮助操作员操作;减少工艺过程波动引起装置、设备停车;在工艺过程波动时避免因报警数量大增引起控制系统超负荷;帮助及时发现问题;识别出可以改进的地方;及时发现需要维护的仪表;识别出在工艺过程、控制和操作方面需要改进的地方。
摘要：分析监控系统在化工生产中频繁的发生报警的原因,并针对处理厂监控系统报警进行了简单优化,同时提出对报警进行更有效管理的一般方法。
关键词：DCS系统,分布式控制,报警管理,过程工业
参考文献
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[2]Jensen L D,周荣强.改善DCS系统的报警管理[J].国外油田工程,1998,14(11):44-46
DCS系统接地的探讨 篇10
现代火电企业采用DCS控制系统已较为普遍。由于现场环境复杂多样, 造成DCS控制系统在运行中产生一些难以预计的故障现象, 而影响安全生产。其中DCS控制系统接地方式不当, 是影响系统正常运行的重要原因之一, 轻者可能造成测量信号不准, 严重时将烧坏模件, 甚至影响DCS系统的安全和人员安全。笔者所在企业脱硫DCS系统中, 就发生过接地不当引起设备故障的问题。
(1) 在对DCS系统接地要求的理解上, 存在着混乱的现象。DCS的接地原则是:“独立引出, 一点接地”。该原则的目的是为DCS系统有一个统一的等电位。
(2) 所有DCS制造商出于对DCS设备本身的考虑, 提出了独立接地的要求, 设计者为满足DCS设备要求, 采用独立接地, 通常忽视其他接地网的存在和影响。由于火电企业建筑物的金属构件和管线等, 使得各接地系统很难真正独立。发生故障时, 工厂其他电气接地网和DCS接地网之间可能产生巨大电位差, 可能使大批电气设备或DCS设备受到损害。鉴于以上状况, DCS系统采用独立的接地网并非是最好的处理方式。对DCS系统的接地, 有必要进行综合分析, 选择合适的接地网。
2 DCS系统相关接地的分析
DCS系统包括:主机箱、操作站 (工程师操作站和操作员操作站) 、输入输出卡、输入输出端子板、信号线和现场仪表等。主机箱、操作站、输入、输出模件柜、安全栅柜等设安全地、交流工作地、逻辑地;DCS传输的直流信号需要直流工作地和电缆屏蔽接地;由于火电企业的特殊性, 一般厂内都会安装避雷装置, 还有避雷地。因此, 与DCS系统运行相关的地有:安全保护地、交流工作地、直流工作地、安全栅地、屏蔽接地和避雷地。
2.1 安全保护地
安全保护地即电器设备和电子学设备的金属机箱接地, 当出现漏电时, 漏电流被保护地旁路。其目的是防止因DCS设备漏电, 机壳对地电位升高对人身和设备安全造成威胁。为了防止设备外壳的静电荷积累。仪表盘、仪表柜、仪表箱、PLC及DCS机柜、操作站及辅助设备、供电盘、供电箱、接线盒、电缆槽、电缆托盘、穿线管、铠装电缆的铠装护层等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网,
2.2 交流工作地
交流工作地是DCS系统所使用的交流电源设备的N线接地。为防止变压器线圈击穿而使变压器次级带上危险的高压, 在供电系统的源端 (电力变压器次级) 处将中线接到大地电极。为减少于扰, 防止不稳定电位的侵入, 现在的配电系统中N线与安全保护地线是分开的, 即采用HN—S配电方法。
2.3 直流工作地
直流工作地也可以成为逻辑地。DCS系统的直流电源地线即DCS数字电路地和信号线的接地。它是接至DCS的外部接口模块通路的负极和所有逻辑电路地的等电位参考点。地线干扰和地线电位变化不仅影响CPU正常工作, 而且会使模拟量和开关量的输入与输出产生误差, 特别是一些专用设备送至DCS系统的模拟量, 常常因为直流工作地的电位不一致, 而造成信号不准或信号乱变。DCS系统直流工作地包含其本身的直流地和外部接口及输人输出信号的直流地两部分。DCS本身的直流地一般称为系统地, 外部接口及输入输出信号的直流地分为现场端信号接地和计算机端接地。DCS系统的接地原则是“单独引出, 一点接地”, DCS系统接地要求单独引出, 是为了将各类接地进行隔离, 实行单独处理, 减少各类接地问的共模干扰。DCS系统要求进行一点接地, 这是考虑到如果两点或多点接地, 就会形成地回路, 产生地回路噪声。这样就会对测量信号造成一定的影响。所以DCS的系统地和外部接口及输入输出信号的现场端信号接地和计算机端信号接地必须各自集于一点后, 再接人接地网。在实际应用中, 由于现场仪表相对分散, 把现场仪表的信号地线集中于一点接地, 工程浩大。而且, 系统或信号进行接地处理的目的, 是让各自电路有一个统一的等电位参考点。由于DCS系统传递的是差模信号, 现场仪表的电路地与DCS系统的电路地通过信号线实现了很好的等电位连接;现场仪表的电子部分与机械部分及地是隔离的, 在计算机端, 一般系统地与机箱也是隔离的;传输线用屏蔽电缆, 防止电磁辐射的干扰。所以, 对系统地和信号地也可采用悬空地 (即系统地和信号线低端不接地) 。系统地和信号地采用悬空地的方法。
2.4 屏蔽接地
屏蔽接地是指电气装置为防止其内部或外部电磁感应或静电感应的干扰而对屏蔽体进行的接地。如某些电气设备的金属外壳、电子设备的屏蔽罩或屏蔽线缆的接地。对一般工厂DCS系统的屏蔽接地主要是信号传输线路线缆屏蔽层的接地。根据有关技术规定要求, 计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得悬空, 必须接地, 其接地方式应符合下列规定:当信号源悬空时, 屏蔽层应在计算机侧接地;当信号源接地时, 屏蔽层应在信号源侧接地;当放大器悬空时, 屏蔽层的一端与屏蔽罩相连, 另一端宜接共模地 (当信号源接地时, 接信号地。当信号源悬空时接现场地) 。当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时, 应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。DCS系统信号电缆的选择与敷设, 应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力, DCS系统开关量输Ⅳ输出信号, 选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆。
2.5 避雷地
避雷接地旨在安全分散易被设备金属外壳和电气系统接收的放电电荷, 保护人和设备免遭雷击, 同时也抑制雷击对系统的干扰, 保证系统在闪电闪击过程中正常运行。应在工厂主要装置和主要建筑的顶部安装避雷装置。各避雷针与接地电极相连, 接地电极的电阻小于0.1 Q。
3 DCS系统接地和等电位联结
3.1 DCS系统接地极的建立
目前, 供电系统普遍采用三相五线制 (HN—S制) 配电方法, 中线N和保护地PE是各自独立相互绝缘的导体, 只是在供电系统的源端 (电力变压器次级) 处才接在一起, 并接到大地电极。因为保护地与中线完全独立, 在正常工作状态下, 保护地线不会带任何电流, 十分“干净”。DCS系统主要适用220 V交流电源, 没有高电压或强电流设备, 这样采用供电系统的保护地、DCS系统的保护地及工作地共用一个接地网。避雷地通过避雷器/冲击波抑制器与公用接地网的主干线相连。公用接地极建在中控室地下, 接地体为钉入地下的良导体, 由接地总干线传来的电流通过接地体导人大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊, 焊接后做防腐处理。用接地网干线把多个接地体连接成网, 接地网应满足DCS系统接地电阻的要求。接地网干线与接地体采用搭接焊, 其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。图l为接地体安装图。图1接地体安装图为保证接地电阻达到系统要求, 改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤2~3 m范围内, 掺人不容于水的、有良好吸水性的物质, 如木炭、焦碳煤渣或矿渣等, 该法可使土壤电阻率降低到原来的I/5~1/10。完成后, 接地网与大地间电阻可满足对接地电阻的要求。DCS系统接地要求:模拟接地65 Q, 屏蔽接地≤10 Q, 保护接地≤100 Q。
3.2 DCS系统等电位连接
DCS所在建筑物的强电系统和各种弱电系统应采用共用接地系统, 并于中控室 (DCS所在房间) 作等电位连接。在实施等电位连接时, 要严格区分不同性质的地, 做到不混接。在处理信号时把电阻、24V直流电压、20 MA直流电流信号、开关量信号分开处理, 以防止不同信号间的干扰。计算机的输入输出信号电缆敷设在带盖的电缆槽中, 电缆槽道及盖板保证良好接地。单根信号电缆穿钢管或金属软管敷设, 电缆管要保证良好接地。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。屏蔽层接地的原则为一端接地, 屏蔽层接地有两种方式:
(1) 传输模拟信号、脉冲频率信号时, 若信号源没有接地, 屏蔽电缆在控制室一侧接地。
(2) 信号源接地如热电偶、p H计电极等本身接地时, 屏蔽电缆在现场信号源一侧接地。
在控制室内, 工作接地汇总板和保护接地汇总板各自分别由两条单独的接地干线接到总接地板上, 总接地板经接地总干线接到接地极。在每个DCS机柜里, 有两条接地汇流条, 一条是供DCS系统用的屏蔽接地, 另一条供保护接地用, 两路接地分别接到工作接地汇总板和保护接地汇总板。DCS机柜需要采用绝缘垫片与基础槽钢绝缘使机柜悬空。
3.3 DCS系统接地要求
(1) 系统的接地铜板到大地的接地电阻<1Ω最佳, 不得大于2.5Ω
(2) 接地总干线的线路阻抗小于0.1Ω
(3) 各机柜与机房的金属槽钢必须绝缘, 最低不能低于2MΩ
(4) 工程师站、操作员站采用3*2.5mm电源电缆在电源柜内接地
(5) 接地极周围15米内无避雷地的接入点
4 DCS系统接地方式
4.1 利用电气接地网作为DCS接地网, 即与电气接地网共地
4.2 设DCS系统专用独立的接地网
4.3 设DCS专用接地网, 经接地线、再接至电气接地网
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处, 根据统计, 以往计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网, 但这种接地方式存在的缺点是:占地面积太大, 投资高, 电缆及接地网钢材耗量大, 距厂房有相当的距离 (因不易在厂房内找到合适的位置) , 管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便, 且效果不甚良好。
4.4 远程I/O柜接地方式
分散布置DCS系统现场控制站分散到现场, 而操作员站位于不同的控制室, 分散直径在500米的范围内, 各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。使用光纤连接的站点, 各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备;使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点:控制室的各类地线先连接到公共连接板, 公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去, 整个接地网络是一个星型结构。使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备 (信号避雷器、通流量不小于5KA) 与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极, 二者不必有金属连接, 各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设, 钢管或桥架必须可靠接地。当雷击, 或者电气事故造成两边地电位差过大时, 信号避雷器可以保护两边的设备。
5 小结
DCS控制系统的接地技术是十分复杂而又非常重要的技术, 在系统设计和实施中必须给予高度重视。我厂主机房DCS系统采用了文中所述的接地技术, 系统工作多年, 没有出现因接地问题而造成人员伤害和设备损坏以及系统的不正常运行。对DCS控制系统的接地, 不能像当然以为只要接地电阻符合要求就解决了问题, 还要考虑本文中提到到可能出现的种种问题, 以保证DCS系统的安全可靠运行。
摘要：DCS系统的可靠接地是保证DCS安全和可靠运行的首要条件。本文根据我电厂的系统设计和现场经验, 对DCS系统的接地进行了探讨, 提出了直流工作地悬空的处理方法。
关键词：DCS系统,接地,探讨,悬空
参考文献
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DCS操作系统 篇11
[关键词]DCS控制系统;自动化系统;工业自动化
DCS属于第四代的工业控制系统，是英文Distributed Control System的缩写，意为分布式控制系统，也称为集散式控制系统。DCS是一种多级控制的计算机系统，其技术构成包括了计算机技术、通信技术、显示与控制技术;系统构成分为过程控制级与过程监控级。
DCS是在上世纪70年代产生并发展起来的，一经问世便引起了工业控制领域的重大关注，受到了高度的评价，迄今为止已经在全世界的工业控制领域得到了广泛的应用。本文所要阐述的便是DCS控制系统在化工领域中的应用。
1、DCS控制系统的结构与特点
1.1DCS控制系统的结构
DCS从系统结构上来说，分为过程级、操作级与管理级。过程级是DCS控制系统控制功能的主要实施部分，包括了过程控制站、I/O单元以及各种现场仪表;操作级负责完成系统的操作与组态，包括了操作员站与工程师站;管理级是综合管理系统，是DCS的一种高层次的应用，是从企业生产控制到信息管理的综合系统。目前来说，在一般的工业应用中，主要是由过程级与操作级组成，具备管理级的DCS控制系统在实际应用中还是比较少的，尤其是在一些规模处于中小等级的企业中，涉及管理级的更为少见。
过程级负责DCS控制系统的功能实施，过程控制站完成DCS的控制决策，是系统的执行单元，由一个完整的计算机系统构成，包括了电源、中央处理器、网络接口以及输入输出模块等。
操作级包括了操作员站与工程师站。操作员站的功能是处理一切与系统运行操作有关的人机界面;工程师站负责对DCS系统进行离线配置、组态以及在线监督、控制、维护工作，对于系统的配置以及参数的设定，系统工程师都是通过工程师站来进行。
1.2DCS控制系统的特点
DCS是一种分布式控制系统，系统的设计体现的是分散控制、集中操作及分组管理的基基本思想。DCS控制系统配置灵活、组态方便，具体特点如下：
1.2.1具有可靠性高的特点
DCS控制系统将控制功能分散在了各个计算机上来实现，每台计算机承担单一的系统任务，这样，当系统的任一计算机出现故障后，不会对系统其它计算机构成重大影响，而且这种结构模式可以针对系统需求采用专用计算机来实现功能要求，使系统中计算机的性能得到了较大的提升，提高了系统可靠性。
1.2.2开放的系统特性
DCS控制系统采用了标准化、模块化的设计，系统中的独立计算机通过工业以太网进行网络通讯。标准化、模块化的设计使得系统具备了开放特性，各个子系统可以方便的接入控制系统，也可以随时从系统网络中卸载退出，不会对其它子系统或是计算机造成影响，使系统在进行功能扩充与调整时十分方便。
1.2.3系统维护简单方便
DCS控制系统由功能单一的小型或是微型计算机组成，各个计算机间相互独立，局部故障不影响其它计算机的功能，可以在不影响系统运行的条件下进行故障点故障的检测与排除，具有维护简单、方便的特点。
1.2.4组成灵活、功能齐全
DCS控制系统可以实现连续、顺序控制，可实现串级、前馈、解耦、自适应以及预测控制，其系统组成方式十分灵活，可以由管理站、操作员站、工程师站、现场控制站等组成，也可以服务器、可编程控制器等组成。过程级通常是由现场控制站、数据采集站来执行现场数据的采集，并通过通信网络传输到操作级计算机。操作级实现对过程数据的集中操作，包括数据的优化、统计，故障的诊断、显示、报警等。在具备管理级的系统中，DCS还可以根据企业整体管理需求实现与更高级别管理系统的连接，实现企业其它管理功能的集中管理与操作。
2、化工企业DCS控制系统的选型
2.1选型中应考虑的问题
2.1.1项目规模与性质
DCS控制系统的选型首先应该考虑的就是项目的规模与性质，系统的设计根据项目的规模可分为大型项目与中小型项目，根据项目性质可分为新建项目与改扩建项目。
对于大型项目，无论是新建或是改扩建，均应考虑建立独立的DCS网络，改扩建项目应考虑到与原有DCS网络的接口以及后续的系统扩充问题;对于中小型项目，应根据项目实际情况，以原有的DCS控制系统网络为主，将数据集成于其中。
2.1.2项目总体规划要求
企业DCS控制系统在建立之初，均要对系统的设计进行总体的规划，主要的规划内容是要对企业的生产运行进行系统控制还是要集成自动控制与信息管理系统。对企业的生产运行进行系统控制，通常不会涉及到管理级，建立一套具备过程级及操作级的控制系统，基本可以满足企业的需求;而要实现企业数据信息集成与企业资源管理系统的优化，则要建立的是集成自动控制与企业信息管理的系统，使企业生产与管理实现网络化，这样的系统通常要具备三层的结构，包括了企业资源计划、生产运行管理与过程控制。
2.1.3技术的先进性与适用性
技术的先进性与适用性是DCS控制系统选型的重要条件之一。先进性要求系统的技术选择要紧跟DCS技术发展的趋势，具备在一定时间范围内技术的先进，避免系统在使用周期上造成损失;技术用适用性要求系统的设计要具有针对性，要针对企业的实际情况与特点来进行设计，以达到符合企业需求的目的，即要求系统的设计在达到技术先进的同时要确保合理性与适用性。
2.2选型建议
基于上述化工企业在DCS控制系统选型上需考虑的问题，建议选用基于工业以太网的开放式DCS控制系统，以满足企业信息管理系统对于企业整体管理的需求，并为后续DCS控制系统的进一步拓展提供基础与空间;考虑到现场总线技术仍处于发展与完善阶段，在DCS系统中尚不能全部使用FF总线仪表，因此，系统可采用现场总线结合常规智能仪表混合。
3、DCS控制系统的常见故障与日常维护
DCS是一种结合了多种技术的复杂控制系统，在实际的应用中，系统出现故障是在所难免的。在过往经验来说，DCS控制系统的常见故障有如下几种：
3.1电源故障
电源故障是DCS控制系统中较易出现的问题，故障原因也比较多，保险配置不合理、保护误动作或是备用电源没有自投等都有可能造成电源故障。电源故障虽然比较多，但处理起来也比较简单，故障原因也比较容易查找。对于电源故障的预防措施，主要是对保险配置的容量要仿真核对，选择匹配的保险容量，让保险起到应起的作用;UPS的配备对于系统的正常供电是十分重要的，在配备时应充分考虑到冗余与备用的问题。
3.2干扰故障
DCS控制系统的干扰故障通常就是系统的接地问题，干扰源一般有大功率的通信设备，以及大功率设备的启停等。对于干扰问题，要严格执行屏蔽与接地要求，系统的信号线要远离干扰源，以防止干扰信号串入系统，在电子设备间、工程师站等重点部位应避免使用大功率的无线通讯设备。
3.3I/O卡故障
I/O卡故障通常是在系统调试阶段较多发生，在系统投入运行后较少发生。目前很多I/O卡件的生产企业都在进行卡件的一體化制造，因此，对于此类故障的处理，通过系统诊断后，一般是更换备件来处理。I/O卡件的故障原因不易判断，检修一般是由厂家来进行。
4、结束语
DCS配电系统的解析 篇12
1 系统总进线电源
对于DCS系统来说, 硬件主要指控制器、卡件 (这里包含防火墙、通讯用卡件、冗余用卡件、从站卡件和大量数字模拟量处理卡) 、安全栅、交换机和用于卡件和控制器集成底板或机架等。其中除交换机外, 其他设备需要直流供电。所以系统中都配有交直流转换电源。系统总进线电源为230VAC, 电压一般允许在110VAC-250VAC左右波动 (取决于交直流转换电源的允许条件) 。所以总进线230VAC稳定是系统供电第一道保障。系统在设计时至少保证两路电源进入。有的设计会考虑双路进线电源通过STS (静态无扰动切换开关) 后以一路电源的形式进入系统配电。看起来相对可靠, 但风险存在由静态无扰动切换开关上。必须保证供电来自于不同的供电回路。下面我列举几个典型的配电结构供不同的企业和用户参考 (根据企业的自身情况, 考虑性价比)
1.1 双回路双UPS供电系统
市电来源于不同两个的供电母线, 两路市电分别经过STS进入各自UPS供电系统, 然后两路UPS并行配电输出到控制系统。这里强调UPS的输出一定是分开的, 否则为我们的供电系统的检维修带来很大的麻烦;这里双回路双UPS供电可以简化一下, 即不同过STS, 应为STS的造价很高。两路市电分别进入各自的UPS, 当让市电同样交叉供给UPS的检修旁路电源, 以保证每台UPS有两个回路电源输入, 一个作为主电源, 一个作为检修旁路电源使用 (检修旁路不仅作为在UPS检修时使用, 也可在一回路失电后, 由于电池的供电时间有限, 可以切换到旁路供电以保证后系统电源处于双回路供电) 当然从正常供电到检修旁路的切换不是无扰动的。
1.2 双回路单UPS供电系统
从成本上讲双回路双UPS供电系统成本较高, 从工厂的实际使用过程中, 由于考虑到工厂通常会1-2年检修, 当然对于三年以上检修的工厂来说双回路双UPS供电系统更可靠些。但从理论上上来讲, 双回路单UPS供电系统就能够满足要求。下面我们讲一下双回路单UPS供电系统结构。同样市电来源于不同两个的供电母线, 一路直接进入控制系统, 另一路作为UPS的供电, 同样UPS的检修旁路电源来自于第一路小结;通常许多人会问两路市电输出进入系统后可不汇总到一个供电母排上。这样使得DCS系统只有一路汇总的市电。甚至许多人要求UPS具备调频调幅功能, 使得两路市电达到同步 (只有这样市电才可以合并) 。其实完全不需要这样, 这样没有带来任何好处, 反而带来很多麻烦。首先, 共同的母排一旦出现故障将导致全部崩溃;其次发生对供电系统, 如UPS在线检修时, 在线切除时存在问题, 很难将检修旁路投上, 最后无形增加技术陈本。
2 系统内部直流电源
几乎所有的DCS系统卡件、控制器、安全栅和底板都是直流供电, 基础电源为24VDC, 其他电源内部转换后存在12VDC和5VDC。所以直流电源是系统最核心的供电系统。无论各家系统结构如何, 我们建议控制器、卡件、安全栅单独配置供电电源。
2.1 安全栅供电
由于安全栅数量较多, 所有的供电可能来源于一个直流供电系统, 但距离上一般不容许超过20米。这一供电系统可以用冗余的直流24VDC或采用N+1或N+N直流电源系统。特别市N+1电源系统, 具备冗余市电自动切换的功能, 并且支持对电源模块的热插拔功能。现在越来有多的直流系统采用这种方式, 并且可以根据情况配置成N+1或N+2等。这里N+1的意思是此系统中允许有1个电源模块故障, 支持热插拔更换, 同理N+N就是允许有N个电源模块同时存在故障。注意的是多块安全栅虽然来源于一个供电系统, 为保障电源系统的安全, 要求每一个安全栅都通过带保险的端子供电。需要注意的是, 安全栅供电系统中的24VDC电源的负需要与系统地相接, 保证此系统内的所有24VDC处于同一电位上。
2.2 控制器供电
对于控制器来说, 每一个控制器需要一个独立的电源系统或电源模块, 此电源系统必须是冗余的。一般为了控制器电源的精度, 一般DCS厂家都会提供高精度的直流转直流电源作为控制器的单独供电系统。
2.3 底板和卡件供电
对于一个控制器 (通常是一对冗余控制器) 下带的底板和卡件同样需要一个独立而且是单独的电源系统, 同样此电源系统必须是冗余的, 并要保证电源对于每一个底板都是并行输出的, 不容许串接。对于这部分供电系统, 一般通常的做法采用通用的直流电源。根据厂家不同, 有的会对此部分电源采用悬浮方式, 即它与安全栅供电系统彼此是浮空的。建议此部分配电系统最好把电位拉到同一位上。
3 其他供电
这里讲的其他供电包括系统内的风扇、灯、、交换机、现场其他仪表和继电器。这里交换机作为通讯的中转站, 重要性不言而喻。同样需要冗余配置, 其电源来自市电。对于灯、风扇等虽然不是特别重要, 但它可能影响到整个系统配电的安全, 由于它来源于系统的市电, 为了保证安全, 通常经过空气开关后进行配电, 这里注意空气开关, 大多数是热脱扣的, 为了保证保护的可靠, 这里建议采用热磁脱扣或电磁脱扣的。同样现场其他仪表由于电源需求的不同, 使得不可能通过安全栅或卡件进行配电, 需要通过单独的空开和端子进行配电, 还有就是现场无缘的开关设备, 有的可以通过安全栅, 对于无防爆要求或本身就是防爆设备的, 一般通过端子直接配电, 这部分设备最好也通过独立的电源, 可以把这部分电源分配给继电器。使它们的配电系统一样。
综述, 对于一个复杂的DCS系统来说, 配电系统变得同样复杂, 所以弄清楚整个配电系统的结构, 也就了解了整个DCS系统的构成。一个清晰可靠的配电系统是系统安全最为重要的保证, 切不可把各种不同类型的设备的配电混合, 避免对整个系统安全造成影响。
摘要：随着化工生产中自动化水平越来越高, DCS系统越来越重要。特别是近些年来煤化工产业的迅猛发展。DCS系统的规模越来越大, 甚至超出了原有配置的想象, 往往系统配置达到极限。所以目前DCS系统的安全可靠变得越来越突出。笔者结合目前主流的几家DCS系统, 论述分析一下DCS系统共同面临的问题, 即系统配电问题。