摘要：著重從DCS控制系統(tǒng)的配置及應(yīng)用的外部環(huán)境條件等方面，對(duì)提高DCS系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性進(jìn)行探討，提出了一些具體建議。

前言

隨著大、中型石油化工、煉油引進(jìn)裝置的不斷增多，以及工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，尤其是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其相應(yīng)軟件的不斷開發(fā)和完善，在新建或改建的工程項(xiàng)目中，生產(chǎn)過程控制選用DCS集散控制系統(tǒng)的趨勢(shì)越發(fā)明顯。我廠各主要裝置基本全部采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，近兩年對(duì)部分系統(tǒng)老化的裝置進(jìn)行了升級(jí)更新。改造中選用了多種不同種類的DCS控制系統(tǒng)：一催化、一加氫、一動(dòng)力、二動(dòng)力、氮?dú)庹竞图磳⑦M(jìn)行的二催化改造選用的是日本橫河公司的CS3000系統(tǒng)，凈化水、循環(huán)水以及油品則選用了浙大中控的JX-300XP系統(tǒng)。因此，確保生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行，提高DCS系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性是十分重要的，而且是一個(gè)十分復(fù)雜和艱巨的任務(wù)。

DCS系統(tǒng)特點(diǎn)概述

DCS系統(tǒng)具有較高的靈活性與擴(kuò)展性，具有先進(jìn)的過程操作畫面(動(dòng)態(tài)流程畫面，分組回路畫面，總貌畫面，報(bào)警畫面，趨勢(shì)記錄畫面等)，具有各種控制功能，運(yùn)算功能，并能實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，歷史數(shù)據(jù)顯示和各種報(bào)警功能。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝生產(chǎn)全過程的集中監(jiān)視、控制和管理，同時(shí)，DCS系統(tǒng)的各種插卡能夠帶電插拔、更換，這些特點(diǎn)是常規(guī)儀表所不具備的或需要經(jīng)過復(fù)雜的組合才能實(shí)現(xiàn)，因此，DCS的應(yīng)用有廣闊的前途，其應(yīng)用的可靠性問題也越來(lái)越為人們所關(guān)注。

冗余后備是提高DCS可靠性的有效手段

DCS系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)等單元組成，在實(shí)際應(yīng)用中，除了采用高可靠性并通過實(shí)際考驗(yàn)的元?dú)饧?lái)構(gòu)成系統(tǒng)外，在工程設(shè)計(jì)中，還要從DCS系統(tǒng)的配置方面考慮DCS系統(tǒng)的可靠性問題，采用冗余配置的冗余設(shè)備具有在線自診斷、故障報(bào)警、無(wú)差錯(cuò)切換等功能，從而提高了DCS應(yīng)用的可靠性。

下面以橫河CENTUMCS3000系統(tǒng)控制器單元的配置為例(見圖1)說明工程中DCS冗余配置的實(shí)施。

圖1

3.1現(xiàn)場(chǎng)控制站的冗余配置

在圖1中，現(xiàn)場(chǎng)過程信號(hào)的采集、運(yùn)算、控制均由FCS實(shí)現(xiàn)，處理器、通訊模塊、電源模塊為冗余設(shè)置外，在控制柜中用于控制的輸入輸出模塊也全部為冗余設(shè)置。

3.2操作站的補(bǔ)償機(jī)能

操作站是DCS系統(tǒng)的人機(jī)接口部分，工藝過程的監(jiān)視、操作均通過它來(lái)實(shí)現(xiàn)，它向工藝操作人員提供各種過程信息，操作人員又通過它發(fā)出各種操作指令，實(shí)施工藝操作，由于同一條LCN總線上可以設(shè)置數(shù)臺(tái)操作站，所以，在進(jìn)行操作站配置時(shí)，至少要配置兩臺(tái)操作站，并且至少有一臺(tái)操作站使用UPS供電，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，這些操作站可以分別獨(dú)立進(jìn)行操作，又具有均衡補(bǔ)償功能，每一個(gè)操作站都可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)狀況進(jìn)行監(jiān)視、操作。

3.3通訊總線的冗余設(shè)計(jì)

局域控制網(wǎng)LCN及萬(wàn)能控制網(wǎng)UC均為冗余配置，通過網(wǎng)絡(luò)接口模件進(jìn)行通訊，通訊采用ISO/IEEE802.4令牌通訊方式，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊功能，使得網(wǎng)上各接點(diǎn)可以共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

從外部環(huán)境條件上保證DCS系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性

為了使DCS系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，除了系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)措施外，用戶還必須提供良好的外部環(huán)境條件，這些條件主要包括：良好的環(huán)境條件、機(jī)房溫濕度、好的供電系統(tǒng)、良好的接地系統(tǒng)以及防灰、防震、防腐蝕等措施，只有具備相應(yīng)的措施，長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行才有保證。另外，較好的日常維護(hù)人員，提高維護(hù)水平，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的保養(yǎng)也是提高可靠性的重要因素。

4.1DCS控制室的設(shè)計(jì)

DCS控制室宜接近現(xiàn)場(chǎng)和方便操作，但又不處于危險(xiǎn)的場(chǎng)合，遠(yuǎn)離振動(dòng)源、強(qiáng)噪音源以及強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，另外，對(duì)易燃、易爆、又毒、有粉塵的裝置，控制室宜布置在本地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，或全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。DCS中央控制室除應(yīng)設(shè)置操作室、機(jī)柜室、工程師站室外，還應(yīng)設(shè)置必要的輔房，如：維修室、備件室、UPS電源室等。操作室內(nèi)主要設(shè)備有顯示器、操作臺(tái)，事故、報(bào)表打印機(jī)等，一般顯示器操作臺(tái)后要有1.5～2.5m的空間，而顯示器操作臺(tái)前要有3.5～5m的空間，以便于操作和維修。機(jī)柜室一般有控制單元、輸入輸出單元、輔助儀表柜等，機(jī)柜室布置時(shí)需考慮機(jī)柜散熱以及維護(hù)和接線的方便。另外還應(yīng)考慮進(jìn)線的內(nèi)外部密封及消防措施。

4.2電源設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵之一，盡管DCS控制系統(tǒng)已考慮到斷電時(shí)的備用電源或RAM存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保留問題，但不成功的電源設(shè)計(jì)仍常常威脅著系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電的連續(xù)性對(duì)系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行極為重要，為保證其可靠性必須配置不間斷電源UPS，同時(shí)，UPS運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)應(yīng)輸入到DCS系統(tǒng)中，當(dāng)UPS故障時(shí)可以報(bào)警提示，以保證系統(tǒng)和工藝裝置的安全。

4.3防干擾接地措施

在實(shí)際生產(chǎn)中，一些大型動(dòng)力設(shè)備的啟運(yùn)過程、大型變壓器、大功率可控硅整流設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)電磁感應(yīng)的影響，公共接地回路電流的存在等多種多樣的干擾信號(hào)會(huì)通過不同途徑與系統(tǒng)耦合，對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮抗干擾措施，在工程上用接地、屏蔽來(lái)抗干擾是十分現(xiàn)實(shí)而有效的。DCS系統(tǒng)儀表的接地分為DCS系統(tǒng)工作接地和保護(hù)接地，儀表保護(hù)接地是為保證人身安全和電氣設(shè)備的安全而設(shè)置的，一般包括：儀表盤、箱、柜、DCS機(jī)柜、操作站、儀表外殼、電纜護(hù)管、匯線槽等的接地。屏蔽電纜的屏蔽線接地應(yīng)屬于DCS系統(tǒng)的工作接地，而且屏蔽接地在一個(gè)回路中只能在一點(diǎn)接地。接地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線、電纜，接至接地匯流板，對(duì)于工作接地的各接地線、接地匯流條除正常的連接點(diǎn)外，都應(yīng)當(dāng)是絕緣的，最終與接地體或接地網(wǎng)的連接是從接地匯流板單獨(dú)接線的，各接地電線、電纜的使用規(guī)格見表1。

總之，DCS系統(tǒng)接地問題在DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試當(dāng)中比較重要，在系統(tǒng)調(diào)試前應(yīng)經(jīng)過接地電阻測(cè)試，達(dá)不到要求不能調(diào)試，更不能進(jìn)行生產(chǎn)的聯(lián)動(dòng)試車，否則會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)難以判斷的故障。

結(jié)論

綜上所述，隨著DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，集中控制的優(yōu)越性越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)，同時(shí)，人們對(duì)于工業(yè)控制自動(dòng)化的可靠性、準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高，因此，對(duì)提高DCS系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性措施探討就有著十分重要的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可靠性問題需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷地加以探索和總結(jié)，從而使DCS系統(tǒng)的應(yīng)用再上新水平。