DCS系统差异（通用8篇）
DCS系统差异 篇1
1 DCS, PLC, FCS三大控制系统的基本特点
目前, 在连续型流程生产自动控制 (PA) 或习惯称之为工业过程控制中, 有三大控制系统, 即PLC, DCS和FCS。它们各自的基本特点如下。
1.1 DCS
1) 分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C (Communication, Computer, Control, CRT) 技术于一身的监控技术。2) 从上到下的树状拓扑大系统, 其中通信 (Communication) 是关键。3) PID在中断站中, 中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。4) 是树状拓扑和并行连续的链路结构, 也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。5) 模拟信号, A/D-D/A、带微处理器的混合。6) 一台仪表一对线接到I/O, 由控制站挂到局域网LAN。7) DCS是控制 (工程师站) 、操作 (操作员站) 、现场仪表 (现场测控站) 的3级结构。8) 缺点是成本高, 各公司产品不能互换, 不能互操作, 大DCS系统各家是不同的。9) 用于大规模的连续过程控制, 如石化等。10) 制造商:Bailey (美) 、Foxboro (美) 、ABB (瑞士) 、Hartmann&Braun (德) 、Yokogawa (日) 、Honewell (美国) 、Taylor (美) 等。
1.2 PLC
1) 从开关量控制发展到顺序控制、运送处理, 是从下往上的。2) 连续PID控制等多功能, PID在中断站中。3) 可用一台PC机为主站, 多台同型PLC为从站。4) 也可一台PLC为主站, 多台同型PLC为从站, 构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时, 不必知道通信协议, 只要按说明书格式写就行。5) PLC网格既可作为独立DCS/TDCS, 也可作为DCS/TDCS的子系统。6) 大系统同DCS/TDCS, 如TDC 3000, CENTUMCS, WDPFI, MOD 300。7) PLC网络如Siemens公司的SINEC-L1, SINEC-H 1, S4, S5, S6, S7等, GE公司的GENET, 三菱公司的MELSEC-NET, MELSEC-NET/MINI。8) 主要用于工业过程中的顺序控制, 新型PLC也兼有闭环控制功能。9) 制造商:GOULD (美) , AB (美) , GE (美) , OMRON (日) , MITSUBISHI (日) , Siemens (德) 等。
1.3 FCS
1) 基本任务是:本质 (本征) 安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。2) 全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。3) 用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心, 取代每台仪器两根线。4) 在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。5) 多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。6) 是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。7) 用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。8) 由现场电脑操纵, 还可挂到上位机, 接同一总线的上一级计算机。9) 局域网, 可与internet相通。10) 改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。11) 制造商:美Honeywell, Smar, Fisher-Rosemount, AB/Rockwell, Elsag-Bailey, Foxboro, Yamatake, 日Yokogawa, 欧Siemens, GEC-Alsthom, Schneider, procesData, ABB等。
2 三大控制系统之间的差异
2.1 差异要点
DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络, 因此, 数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。为保证通信的完整, 大部分DCS厂家都能提供冗余数据。为了保证系统的安全性, 使用了复杂的通信规约和检错技术。
FCS的关键要点有三点:
1) FCS系统的核心是总线协议, 即总线标准。为了使现场总线满足可互操作性要求, 使其成为真正的开放系统, 在IEC国际标准, 现场总线通讯协议模型的用户层中, 就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作, 每个现场总线装置都用装置DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器, 它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息, 并且与主站无关, 所以可以使现场装置实现真正的互操作性。开放的现场总线控制系统的互操作性, 就一个特定类型的现场总线而言, 只要遵循该类型现场总线的总线协议, 对其产品是开放的, 并具有互操作性。2) FCS系统的基础是数字智能现场装置。数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑, 是基础, 道理很简单, FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议, 即相关的通讯规约, 不具备数字通信功能, 那么所谓双向数字通信只是一句空话, 也不能称之为现场总线控制系统。再一点, 现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。3) FCS系统的本质是信息处理现场化。对于一个控制系统, 无论是采用DCS还是采用现场总线, 系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上, 采用现场总线后, 可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少, 甚至增加了, 而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力, 另一方面要让大量信息在现场就地完成处理, 减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。
2.2 典型系统比较
通过使用现场总线, 用户可以大量减少现场接线, 用单个现场仪表可实现多变量通信, 不同制造厂生产的装置间可以完全互操作, 增加现场一级的控制功能, 系统集成大大简化, 并且维护十分简便。
2.3 设计、投资及使用
比较的前提是DCS系统与典型的、理想的FCS系统进行比较。为什么要做如此的假设。作为DCS系统发展到今天, 开发初期提出的技术要求却已满足并得到了完善, 目前的状况是进一步提高, 因此也就不存在典型、理想的说法。而作为FCS系统, 20世纪90年代刚进入实用化, 作为开发初期的技术要求:兼容开放, 双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等, 目前还不理想有待完善。这种状态与现场总线国际标准的制定不能说没有关系。过去的十多年, 各总线组织都忙于制定标准, 开发产品, 占领更多的市场, 目的就是要挤身于国际标准, 合法的占领更大的市场。现在有关国际标准的争战已告一段落, 各大公司组织都已意识到, 要真正占领市场, 就得完善系统及相关产品。
2.4 PLC的发展
PLC于20世纪60年代末期在美国首先出现, 目的是用来取代继电器, 执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能, 建立柔性程序控制系统。1976年正式命名, 并给予定义:PLC是一种数字控制专用电子计算机, 它使用了可编程序存储器储存指令, 执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能, 并通过模拟和数字输入、输出等组件, 控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展, PLC已十分成熟与完善, 并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。PLC作为一个站挂在高速总线上, 充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外, 火力发电厂辅助车间, 例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等, 在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为, 辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。
3 系统的发展运用
自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来, 它逐步完善, 并最终形成功能齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。它的性能大大优于以往任何一种控制系统, 可以满足工厂DAS, MCS, SCS和APS各系统的各种要求, 目前还可以通过工业以太网建立管理层网络, 以满足工厂呼声越来越高的加强管理的要求。
但是, 自从有了FCS, 并于20世纪90年代走向实用化以来, 不断有如下论点在公开刊物上发表, 即:“从现在起, 新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”“当调节功能下放到现场去以后, 传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”“今后十年, 传统的4mA～20mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代, 模拟与数字的分散型控制系统DCS将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”……这些论点归纳为一句话:FCS将取代DCS, DCS从此将消亡。
上述论点皆出自于权威专家之口, 确实不无道理。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力, 加速现场装置与控制仪表的变革, 开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。再则, FCS是由DCS以及PLC发展而来, 它保留了DCS的特点, 或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验, 当然也包括教训。由此而得出结论, “FCS将取代DCS”, 似乎也是顺理成章之事。
同时我们也应看到, DCS系统发展也近30年, 在工厂的应用如此广泛。
4 结语
目前的DCS与新型的PLC, 由于多年的开发研究, 在各自保留自身原有的特点外, 又相互补充, 形成新的系统, 现在的DCS已不是当初的DCS, 同样如此, 新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS, 显然都是不合适的。
摘要：论述了DCS, PLC, FCS三大控制系统的基本特点, 分析了三大控制系统之间的差异, 指出FCS与PLC及DCS间既存在联系, 又存在着本质的差异, 应正确看待三大系统在工业过程控制中各自的作用。
关键词：控制系统,基本特点,差异
参考文献
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DCS系统差异 篇2
1）定义：是以微处理器及微型计算机为基础，融汇计算机技术、数据通信技术、CRT屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统。
2）特点：集中管理、分散控制。
3）功能层次：经营管理级、生产管理级、过程管理级、过程控制级、现场级。
2.2计算机控制系统：是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
2.2集散系统的特点：自主性；协调性；在线实时性；高可靠性；适应性、灵活性、可扩充性；人因性。
2.3 DCS系统软件的组成及其作用：
1）现场控制站软件：完成对现场的直接控制；
2）操作员站软件：是人机界面，即HMI的处理，其中包括图形画面的显示、对操作员操作命令的解释与执行、对现场数据和状态的监视及异常报警、历史数据的存档和报表处理；
3）工程师站软件：完成对DCS系统本身运行状态的诊断和监视，发现异常时进行报警同时通过工程师站上的CRT屏幕给出详细的异常信息，如出现异常的位置、时间、性质等。
2.4工业局域网中的拓扑结构
1）星形结构特点：在星型结构中，每一个节点都通过一条链路连接到一个中央节点上去。任何两个节点之间的通信都要经过中央节点。在中央节点中，有一个“智能”开关装置来接通两个节点之间的通信路径。
优点：结构简单，故障诊断和隔离容易。
缺点：中央节点的构造是比较复杂的，一旦发生故障，整个通信系统就要瘫痪，因此，这种系统的可靠性是比较低的。
2）环形结构：
特点：在环型结构中，所有的节点通过链路组成一个环形。需要发送信息的节点将信息发送到环上，信息在环上只能按某一确定的方向传输。当信息到达接收节点时，该节点识别信息中的目的地址与自己的地址相同，就将信息取出，并加上确认标示，以便由发送节点清除。优点：由于传输是单方向的，所以不存在确认信息传输路径的问题，这可以简化链路的控制。当某一节点故障时，可以将该节点旁路，以保证信息畅通无阻。为了进一步提高可靠性，在某些分散控制系统中采用双环，或者在故障时支持双向传输。
缺点：节点数量太多时会影响通信速度，另外，环是封闭的，不便于扩充。
3）总线型结构：
特点：所有的站都通过相应的硬件接口直接接到总线上。由于所有的节点都共享一条共用传输线路，所以每次只能由一个节点发送信息，信息由发送它的节点向两端扩散。在有用信息之前有一个询问信息，询问信息中包含着接受该信息的节点地址，总线上其他节点同时接受这些信息。当某个节点由询问信息中鉴别出接受地址与自己的地址相符时，这个节点做好准备，接受后面所传送的信息。
优点：结构简单，便于扩充。另外，由于网络是无源的，所以当采取冗余措施时并不增加系统的复杂性。
DCS系统差异 篇3
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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DCS系统接地应用 篇4
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系统差异 篇5
1 DCS系统故障情况
6月29日18:32, 整个窑尾DCS系统陷入瘫痪, 所有参数均无法显示和调节。包括窑尾高温风机系统、预热器及热风管道、增湿塔、均化库底及出库系统、生料计量和输送、窑尾煤粉计量和输送系统以及窑中主电动机及辅助设备系统。故障发生后, 操作员立即通知电气人员进行处理。检查后, 发现窑尾控制柜温度过高, 使DCS系统CPU无法工作, 导致窑尾DCS死机。处理此次DCS系统故障需要断电后复位, 但断电后大量设备要跳停, 后果无法估计, 再加上窑头及篦冷机系统正常, 通过部分参数还可以监控整个系统的运行状况, 所以窑系统一直在运行。在此期间一直在处理DCS故障, 但均未处理好。直至19:55窑内温度降低, 开始跑生料, 才在操作员的要求下于2008对DCS系统CPU断电, 停窑, 21:21处理好后开窑主传投料。
在DCS系统故障的情况下, 窑系统运行了96min。在整个过程中, 系统在无法监控、无法操作的状态下运行, 对设备运行和人员安全带来了巨大的威胁, 也给生产带来了一定的困难。
2 DCS系统故障中控窑系统操作预案
2.1 DCS一般性系统故障
DCS系统发生一般性故障时窑系统部分设备和参数无法监控和操作, 但不影响整个窑系统运行。应立即通知相关人员进行处理并汇报相关领导, 结合可以监控的信息进行调整操作, 通知现场人员监控中控无法监控的设备, 必要时把部分设备转为现场操作。
2.2 短时间可以处理好的DCS死机
DCS死机但能在30min之内处理好时, 应通知现场巡检人员密切关注各主机设备运行情况并检查输送设备保证料流通畅。待DCS处理好后, 针对系统运行状况进行相应调整操作, 使系统恢复正常运行。
2.3 短时间无法处理好的DCS死机
DCS死机且在30min之内无法处理好时, 应停机处理。具体步骤如下:
2.3.1 人员安排
所有操作均由现场完成。在故障20min后, 通知值班员及现场巡检人员准备停机, 现场到位。具体安排如下:均化库底一人 (巡检工) 、预热器顶一人 (巡检工) 、篦冷机一人 (巡检工) 、窑中窑头一人 (值班员) 、窑尾和窑头电力室各一人 (电工) 。处理过程中所有人员要密切配合, 统一由中控操作员指挥, 合理安排, 减少无效工作, 协调好生料磨及发电操作。
2.3.2 停机步骤
1) 关闭生料秤前手动闸板, 停均化库及生料仓流化风机, 停炉煤及头煤, 开启窑托轮油泵, 停窑主电动机, 待窑不转后开辅传慢转窑。
2) 通知生料操作员和发电操作员进行调风, 预热器人员手动逐步关闭预热器顶热风挡板至10%, 手动打开冷风挡板至100%;同时篦冷机人员把固定端风机风门关到50%左右, 一段关到30%, 二、三段风机停机, 检查破碎机、拉链机、电除尘器运行状况。操作员到窑头观察窑头负压状况, 协调预热器人员和篦冷机人员调风, 避免窑头正压, 预热器人员结合预热器顶负压状况, 关闭气动闸板和收尘蝶阀。
DCS系统报警管理探索 篇6
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
[1]顾祥柏,朱群雄,耿志强.现代化工流程报警系统分析及管理策略[J].化工进展,2004,23(12):1348-1352
[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7
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
[1]GB50057-1994建筑物防雷设计规范[S].2000.
[2]王厚余.信息技术 (IT) 设备的接地和等电位联结[Z].WTO与中国电气设备全国巡回研讨会交流材料, 2004.
DCS配电系统的解析 篇8
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。