確保DCS系統安全運行的幾項措施

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

確保DCS系統安全運行的幾項措施

朱永波（黑龍江省大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

本文從某熱電廠在用DCS系統的軟件和硬件方面入手，通過對系統的設計、組態、環境要求、硬件集成和現場安裝、日常維護及檢修方面，結合使用中的實踐經驗，對DCS系統的安全進行分析和探討，確保DCS系統的安全、可靠、經濟運行。

DCS系統；軟件；硬件；安全

隨著科技的進步，黑龍江省大慶石化公司熱電廠的發展也日新月異，目前已有的8臺燃煤鍋爐、8臺汽輪機全部應用了DCS系統，分別采用的是HONEYWELL、哈中遠、ABB以及浙大中控等公司的控制系統。從某種角度分析，我廠所采取的DCS系統，可以提高設備裝置的平穩性，并且能夠優化生產工藝，促進我廠自動化水平不斷提升。

筆者結合近幾年對DCS系統的認識與了解，認為DCS所包含的問題關系到整個系統的正常運營，DCS系統與常規儀表進行對比，雖然DCS擁有比較多的優點，但是由于受到DCS自身因素的影響，導致設備在運行過程中如果出現故障，則會導致系統運行不良，出現回路等不良現象。因此，積極探究DCS系統安全問題具有重要的時代意義。在本文中筆者著重從DCS系統軟件、硬件以及維護三個方面出發，深刻探究DCS所存在的安全問題。

1 軟件安全的保障

眾所周知，每一個系統都包括系統軟件與組態軟件，軟件是開發程序的關鍵因素，也是系統應用發展的重點內容。與系統軟件相比較，組態軟件具有一定的檢測手段，并且主要涉及的內容有設計安全與組態方面的安全。

1.1 系統的保障安全

我廠每臺鍋爐或汽輪機的控制器都是2:1的冗余，換言之也就是使用兩個控制器，并且將PID控制以及邏輯控制放置在一個控制器上，對于比較重要的信號則選擇3:1的冗余。此外，另外一個控制器所發揮的作用便是測量。在這種發展模式下，需要保證后備控制器的正常，否則會導致控制器發生故障則不會在短時間內進行切換，對整個機爐的穩定操作產生影響，甚至嚴重者會造成停機或者停爐現象的出現。因此需要保持控制器與I/O采用1:1的冗余。綜合考慮，需要保證每一個卡上都留有通道，并且要充分利用孔卡，降低風險。

（1）確定系統I/O卡件配置數量：系統回路的I/O定義數量不應超過系統同類型卡件最大I/O容量的80%，也為組態調整帶來方便。分配上注意各控制器的負載不要超過60%。

（2）比較重要的測量信號以及帶連鎖信號不能被分配到一塊，如果出現故障則會對兩者產生同樣的影響。

（3）設計同一位置的冗余測量回路時，為避免由于卡件故障，而無法判斷現場的實際測量值，設計上要分配在不同的卡件里。

（4）在設計停機、停爐等重要聯鎖保護時，要避免單點停機、停爐；在涉及冗余、或三取二、四取二邏輯中要將這些輸入點分散在不同的卡件中，避免集中，實現風險分散。

1.2 組態安全的保障

系統都提供了功能強大的功能塊，需嚴格按照用戶的基本需求實現對整個工藝的控制，保證在復雜控制、邏輯控制以及順序控制中保持一致性。這樣一來則會滿足工藝要求與發展需求。要實現最有效、簡單實用的工藝控制，滿足安全平穩運行的組態，就需要組態人員具有較強的專業知識和豐富的組態經驗。

如汽輪機配備DCS系統、DEH（高壓抗燃油系統）需要將儀器信號進行傳輸，從DCS傳送到ESD系統之中。另外，傳送過程中還需要采取相應的控制功能塊，比如像SUMMER，采取這個方案不僅可以將信號及時送出，并且還能準確計算BO、K、斜率的數值。此外，如果當輸入源中出現BAD的時候，則需采取初始化方案，在重新啟動的時候將參數準確輸入，并對功能塊進行檢查，從而保證整個工藝操作的穩定性。

除此之外，要想實現這一功能還需要采取SWITCH控制功能塊，如果采取這個方案正常，則操作流程比較簡單，僅僅將系統傳輸到CAS便可以。其中如果出現輸入源關閉現象，那么則會呈現為MAN的狀態，這樣可以保持輸入，這樣一來便可以保證系統的安全性與穩定性，不會出現系統跳車的現象。

例如，我廠外供1.0及4.0MPa蒸汽的日累積表，主要采取的方式為程序語言。我廠中所采用的DCS系統主要為PROVOX系統，這種系統的開發語言屬于FST語言，此外，DCS系統也提供了相應的功能板塊，很多用戶需要根據自己的需要定期進行清零，并將其保存一天，避免占用控制器的資源。另外，采取FST編程能夠保證整個程序的穩定發展，并且也能夠進一步提高控制器的負荷。

所以組態人員需要準確掌握DCS系統，要對整個過程有所掌握與理解。比如在出現回路故障的時候，線路出現斷路，為保證安全，控制輸出需要保持全開或者全關的現象。另外，在裝置運行過程之中，可以考慮將部分備用通道設置為加回路，便于隨時調用。

2 硬件安全的保障

單純從硬件角度分析，因為機器老化所引發的故障主要與工作環境、硬件集成、系統接地或者日常維護有著密切關系。

2.1 系統的工作環境

DCS的操作間、機柜室布局、地板的選擇、照明方式、地磁和電磁的干擾、隔離方式的選擇、隔音的效果、空氣的潔凈程度、溫濕度及通風設計等。比如對系統環境溫度的要求，各家DCS系統要求略有差別，但基本保持在25-28℃之間；在滿足機房空氣潔凈度要求的基礎上，確保通風良好，保障運行人員的身心健康；對于機柜室的散熱，可以考慮柜式空調和加濕器配置的方案。同時考慮機柜室與操作室的冷熱平衡問題。

2.2 DCS硬件系統、現場安裝安全

2.2.1 機柜安裝

兩個接地的DCS系統，需要將柜底座與安全地進行接地，如果只要求有一個接地的DCS，那么安全地與系統地則需要在整個機柜底座的兩端進行接地。除此之外，由于機柜底座與安全地基地出現電勢差，會導致系統接地不夠穩定。另外，對于只有一個接地的DCS系統，要保證DCS系統的信號保持在統一穩定狀態。根據筆者實際經驗得知，如果電勢差比較弱，則不會對系統安全產生影響。所以如果出現系統無法解釋的現象的時候，需要對接地問題進程充分考慮。

正確的接地能夠抑制電磁干擾所帶來的影響，并且也能夠抑制設備所出現各種干擾信號。但是如果接地不當，那么則會引起嚴重的干擾，會對整個系統工作產生不利影響。所以接地系統不當需要針對系統干擾，需要保證各個接地點的電位部分均勻，要保證不同接地點之間的地電價差保持穩定性，否則會引發環路電流，對整個系統安全造成影響。因此，需要保證電纜屏蔽層接地，使其產生電位差，這樣才能真正提高電流的額數。

2.2.2 對線纜槽盒的安裝要求

槽盒需要保證電纜的屏蔽，需要保持信號避免產生干擾。對于220VAC電源電纜，要保證電纜在通過彎頭、三通、穿線管時避免損傷電線絕緣外皮。

2.2.3 網絡通訊系統的安裝要求

配線包括由DCS廠商提供的專用通訊、電源、信號線纜以及接地線和由設計部門提供的220VAC線纜和24VDC配電線、信號和接地系統線纜。

一般情況下通訊電纜是由供貨商所提供的，在進行安裝的時候能夠根據電纜的位置、走向，避免出現電源線纜平行敷設現象。冗余的網絡的線纜應分別布置并相隔，按規程要求施工,網絡屏蔽線連接正確，應對網絡全程進行屏蔽，走穿線管，達到防水、防動物。

2.2.4 供電系統

供電系統中主要包括了兩種電線，分別是220V交流供電線纜、24V直流配電線。針對這種現象則需要使用槽盒實施單線走線，這樣便可以避免與信號線產生影響，并且能夠避免回路與短路問題的出現。

2.2.5 I/O信號

一般而言，信號線需要避免外界因素的影響，需要進行屏蔽，可以實施一端接地的基本模式。

2.2.6 地線

嚴格按照相關配置要求，在安全柵上進行mA/V轉換的系統，要保證信號參數的正確性，否則會對整個信號造成影響。

3 日常維護及檢修時的安全

3.1 日常維護

為進一步保證DCS能夠得到正常運行，則需要保證系統能夠具有良好的運行環境，要保證溫度的適當以及空氣的清新。一般而言，DCS最佳的工作溫度是28℃。如果保證空氣潔凈，能夠避免電源或者CPU表面溫度過高，從而出現死機等故障。因此，在日常工作之中，需要檢查電源卡件、檢查風扇運行情況，相關維修人員需要定期或不定期地進行清掃，保證機器的良好運行。除此之外，還要觀看狀態指示是否處于正?；娚冗\行有沒有異常聲音等，如果發現故障與問題，則及時采取措施，避免事故的發生。

3.2 系統組態的修改

在系統的整體運行過程中需要避免出現組態修改現象，如果可以在操作站上修改那么不需在別的地方修改，另外還要對控制器進行存盤，或者在工程站進行存盤，避免在日后出現數據庫內容不匹配等現象。另外，如果有必要，需要對系統組態進行修改，并將內容進行備份，這樣便可以保證硬盤的安全性，即便日后硬盤出現故障無法恢復，也能夠保證數據庫的穩定性。

3.3 備件的儲備

需根據運行經驗，在訂貨的時候要求訂貨商提供備件，并且在實際工作之中，系統發生故障或不確定性，則需要利用備件保持平衡與穩定。因此，應根據實際的備品、備件消耗情況，隨時進行補充。根據經驗，需要儲備的貨物包括電源、電池、控制卡以及顯示器、鼠標、硬盤等。其中值得注意的便是硬盤，需要保證具備光盤備份，能夠避免系統啟動過程中因為硬盤而出現故障，甚至出現系統癱瘓等。

3.4 故障的處理

積極制定相應的檢查內容，在日常檢查中發現所存在的故障、問題，隱患，以及預見故障的發生。通過與運行人員的溝通、查看操作員站的報警一覽表，以及檢查系統卡件的運行狀態指示燈，了解和判斷系統各部件的健康狀態；通過查看溫濕度計，了解空調、加濕器的運行狀況；通過聲音、異味來判斷電源、風扇等設備的運行狀態。

例如在溫度監控方面，我們規定：定期使用便攜式遠紅外線測溫儀對發熱量較大的電源、DPU卡件及模塊進行測溫，發現有溫度高時對卡件進行更換及采取措施。圖1所示為我廠減溫減壓器DCS系統的1#、2#兩塊24VAC模塊，互為冗余；圖2是使用便攜式遠紅外線測溫儀對兩塊模塊檢測的照片。圖中顯示黃色，表明1#電源模塊溫度已高于周圍環境及2#電源模塊（藍色）的溫度。如果顯示紅色則表示其溫度更高。實測溫度表明：1#電源模塊表面溫度達到41.7℃，2#電源模塊表面溫度為35℃。

圖1 電源模塊

圖3 溫度曲線圖

圖2 電源模塊溫度成像圖片

根據定期檢測機柜室內各點的溫度，繪制成溫度曲線圖。圖3所示為2012年1月~2012年12月的溫度變化曲線。根據卡件及模塊表面溫度的變化趨勢，結合機柜室及室外的環境溫度，采取如，加強通風、調整空調的設定溫度值、加強特護等措施。如果某一電源卡件（模塊）的表面溫度異常高于其它電源卡件（模塊）或高于其技術參數的要求，就要及時檢查原因，必要時檢修或更換該電源卡件（模塊）。

儀器維護人員如果在巡檢過程中發現故障，則需要及時進行處理，對于影響整個系統穩定的故障問題，則應實行報告制度，做好分析評價和啟動應急預案，辦理工作許可票據。處理故障時，做好防靜電措施，必須有監護人在場，避免誤操作。

4 結論

隨著科技的發展、技術的進步，DCS系統的硬件、軟件必將有更可靠的保證，相比之下，人為因素將更為突出。因此，做好科學預見，重視DCS系統的安全問題，其發展前景必將更加廣闊。

Several Measures to Ensure the Safe Operation of DCS System

I Starting with the software and hardware of DCS system, through the system design, configuration, environmental requirements, hardware integration and on-site installation, routine maintenance and maintenance, combined with the practical experience, this paper introduces the DCS system security analysis and exploration, to ensure the safe， reliable, economic operation of DCS system.

DCS system; Software; Hardware; Security

B

1003-0492(2015)10-0093-03

TP273

朱永波（1965-），男，黑龍江伊春人，工程師，計算機科學及技術專業學士學位，現任黑龍江省大慶石化公司熱電廠儀表車間主任，主要研究方向為工業生產自動化。