DCS安裝維護(hù)經(jīng)驗

陳元

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

DCS安裝維護(hù)經(jīng)驗

陳元*

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

DCS;防雷；接地；電源；隔離

從DCS防雷接地、控制室環(huán)境、電源配置、安全柵選型、DI/DO隔離、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置等方面介紹了保證DCS穩(wěn)定運行的安裝維護(hù)經(jīng)驗。

DCS是控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從結(jié)構(gòu)上劃分，完整的DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由現(xiàn)場控制站、通信監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及其服務(wù)器、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分；操作級包括操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)；管理級主要指工廠管理信息系統(tǒng)(MIS)。

由于DCS的特點是集中顯示、分散控制，故容易受雷擊、干擾、鼠害等影響造成故障，引起生產(chǎn)系統(tǒng)停車。重慶映天輝氯堿化工有限公司(以下簡稱“重慶映天輝”)從2014年使用第一套JX-300XDCS開始，到目前已使用了6套DCS。遇到了如下事故：電氣強電進(jìn)入導(dǎo)致DCS機(jī)籠、卡件燒壞，雷擊導(dǎo)致主控卡和卡件損壞，操作站計算機(jī)故障導(dǎo)致系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴事故。為確保DCS安全穩(wěn)定運行,結(jié)合DCS安裝維護(hù)經(jīng)驗，筆者談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。

1 DCS接地

1.1 系統(tǒng)接地原則

一個系統(tǒng)只允許一點接地，一般與電氣接地網(wǎng)共地。DCS接地分為保護(hù)地、屏蔽地、本安地。安裝時，要嚴(yán)格區(qū)分不同性質(zhì)的接地，做到不混接。不同性質(zhì)的接地用分干線接入各自的匯流板(或直接接入總的匯流板)，各匯流板用總干線接入公共接地極(網(wǎng))，再匯入一點接地。DCS接地示意圖如圖1所示。

1.2 對公共接地極(網(wǎng))的要求

(1)當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4 Ω時，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當(dāng)作DCS的公共接地極(網(wǎng))。

(2)當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時，應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS的公共接地極(網(wǎng))。

(3)沒有本安地接入的公共接地極(網(wǎng))的對地分布電阻小于4 Ω；有本安地的小于1 Ω。

(4)接地極周圍15 m內(nèi)無避雷地的接入點，無電焊地接入點，5 m內(nèi)無 30 kW 以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點。當(dāng)現(xiàn)場無法滿足該條件時，防雷保護(hù)地通過避雷器沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起。

圖1 DCS接地示意圖

1.3 接地連線要求

(1)接地匯流排必須使用絕緣材料固定于地面，不得觸及其他導(dǎo)電介質(zhì)。

(2)接地裝置的室外部分須電焊連接，并涂保護(hù)漆。

(3)單機(jī)接地線的截面積要大于4 mm2，總接地線的截面積應(yīng)大于10 mm2。

(4)接地線須使用帶絕緣皮的銅導(dǎo)線。

2 DCS控制站布置要求[1]

DCS機(jī)房和操作站應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電磁場和機(jī)械振動大的地方，不與大功率電動機(jī)、變頻器為鄰。機(jī)房屋頂要有避雷帶等防雷設(shè)施。若機(jī)房離大功率電動機(jī)、變頻器等產(chǎn)生電磁場的設(shè)備較近，機(jī)房地面應(yīng)鋪金屬板，墻面應(yīng)鋪金屬網(wǎng)并接地，預(yù)防電磁干擾。機(jī)柜與屋頂?shù)木嚯x應(yīng)不小于500 mm，機(jī)柜側(cè)邊距和前后離墻壁或窗戶的距離應(yīng)不小于1.5 m。操作臺與周圍窗子或墻壁的距離應(yīng)不小于1.5 m?？刂剖覒?yīng)保持清潔，注意防塵，控制室的門窗應(yīng)密封良好，并要安裝空調(diào)和防靜電地板?？刂剖噎h(huán)境溫度保持在0～40 ℃，相對濕度保持在40%～90%為宜。

3 現(xiàn)場信號電纜及敷設(shè)要求

3.1 現(xiàn)場信號電纜分類

現(xiàn)場信號分為模擬量信號、開關(guān)量信號與數(shù)據(jù)通信信號。模擬量信號包括模入和模出信號。此類信號應(yīng)使用屏蔽電纜連接，信號電纜芯的截面應(yīng)不小于0.75 mm2。開關(guān)量信號包括開入和開出信號。低電平的開關(guān)信號應(yīng)使用屏蔽電纜，信號電纜截面應(yīng)不小于0.75 mm2；高電平(或大電流)的開關(guān)量的輸入輸出信號可用一般電纜(控制電纜)連接，但應(yīng)與模擬量信號、低電平開關(guān)信號分開，單獨走電纜槽。強弱電不能混用同一電纜。

3.2 電纜敷設(shè)要求

電纜敷設(shè)原則是強弱分開，單端接地。

(1)電纜應(yīng)敷設(shè)在帶蓋的電纜槽中(或穿管敷設(shè))，電纜槽道及蓋板應(yīng)保證良好接地。單根信號電纜穿鋼管或金屬軟管敷設(shè)，電纜管要保證良好接地。電纜屏蔽層宜選用銅帶屏蔽。

(2)屏蔽層接地的原則為一端接地，屏蔽層接地有2種方式：在傳輸模擬信號、脈沖頻率信號時，若信號源沒有接地，屏蔽電纜應(yīng)在控制室一側(cè)接地；當(dāng)信號源本身接地時，如接地?zé)犭娕?、pH計電極等，屏蔽電纜應(yīng)在現(xiàn)場信號源一側(cè)接地。

(3)儀表信號電纜與動力電纜交叉敷設(shè)時，宜成直角。平行敷設(shè)時，若動力電纜有屏蔽層，兩者之間的距離一般為150 mm；若動力電纜無屏蔽層，兩者之間的最小允許距離按表1執(zhí)行。

表1 儀表電纜與動力電纜最小平行線間距

(4)電纜在電纜溝內(nèi)敷設(shè)時，必須嚴(yán)格按一定層次敷設(shè)，自下而上分層排列的順序是：動力電纜、控制電纜、信號電纜(屏蔽電纜)。

3.3 接線規(guī)范和工藝要求

(1)本安接線：本安回路在機(jī)柜內(nèi)應(yīng)單獨使用匯線槽，如配端子柜時應(yīng)單獨使用端子排，不能與非本安回路混用。

(2)電纜屏蔽的處理：每根電纜的屏蔽層應(yīng)剝開后,套上熱縮套管，在機(jī)柜底部的屏蔽地匯流排處使用接線片連接，并保證是單端接地。

4 DCS電源

DCS電源必須要雙路電源供電。市電在進(jìn)入UPS電源前，應(yīng)安裝浪涌保護(hù)器，防止雷擊。雙電源全部選用在線式UPS電源。在線式UPS電源工作原理是在市電正常時，市電經(jīng)突波吸收濾波電路→交流電轉(zhuǎn)換直流電電路→直流電轉(zhuǎn)換交流電電路→轉(zhuǎn)換交流電輸出供應(yīng)負(fù)載，同時對電池充電。一旦微處理器控制電路偵測到市電中斷， 則立即由電池放電→直流電轉(zhuǎn)換交流電電路→轉(zhuǎn)換交流電輸出供應(yīng)負(fù)載。如果微處理器控制電路偵測到UPS故障，則UPS會由繼電器跳至旁路，由市電供應(yīng)負(fù)載電力，并發(fā)出聲響警告使用者。這樣，可做到即使市電中斷或UPS電源故障，也可給DCS供電。同時，凈化了電源，使其不受市電的電壓、頻率、諧波干擾。

DCS I/O機(jī)柜、安全柵柜為雙路電源供電，分別由兩個UPS電源供電。服務(wù)器、工程師站、操作員站由兩個UPS電源經(jīng)切換裝置后進(jìn)行供電，確保即使有一路UPS電源出故障，也不會因計算機(jī)失電而影響操作人員操作。

DCS供電電氣原理如圖2所示。

圖2 DCS供電電氣原理圖

Fig.2 Electrical schematic diagram of DCS power supply

5 安全柵選型

在生產(chǎn)現(xiàn)場，難免存在易燃易爆氣體，這就要選用安全柵。在選用安全柵的同時，應(yīng)考慮雷電通過現(xiàn)場儀表或電纜線傳輸至DCS I/O柜，對DCS造成損壞，引起系統(tǒng)停車。如果DCS每個I/O點都加浪涌保護(hù)器和安全柵，則造成安全柵繁多，接線混亂，容易出故障。重慶映天輝采用了上海某公司LBGS8000-EX系列浪涌保護(hù)隔離柵。在GS8000-EX系列隔離式安全柵設(shè)計和制造的基礎(chǔ)上，在產(chǎn)品本安側(cè)加上浪涌保護(hù)功能，將信號浪涌保護(hù)和隔離式安全柵功能合二為一，使用更安全、更經(jīng)濟(jì)、更方便。如開關(guān)量輸入、繼電器輸出浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8011-EX，開關(guān)量輸出浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8023-EX，變送器、電流源輸入浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8047-EX，4～20 mA輸出操作端浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8067-EX，可編程熱電阻輸入浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8071-EX，可編程熱電偶輸入浪涌保護(hù)隔離柵LBGS8072-EX。

6 DI/DO隔離

根據(jù)工藝控制要求，越來越多的電氣開關(guān)量點接入DCS，參與連鎖控制。大量的電氣強電開關(guān)量點接入DCS，稍有不慎，輕則燒壞卡件，重則引起系統(tǒng)停車。為避免此類事故發(fā)生，要對強電開關(guān)量點用繼電器進(jìn)行隔離。對于DI點，在電氣配電柜取一對AC 220 V有源觸點，帶動DCS機(jī)柜中相應(yīng)隔離的繼電器，再取該繼電器無源觸點進(jìn)入DCS；對于DO點，從DCS取一對DC 24 V有源觸點，帶動DCS機(jī)柜中相應(yīng)隔離繼電器，再取該繼電器無源觸點到電氣配電柜。電源根據(jù)控制要求由電氣提供，帶動配電柜相應(yīng)的繼電器，實現(xiàn)控制功能。

7 網(wǎng)絡(luò)通信[2]

對于DCS，控制站與控制站之間、控制站與服務(wù)器之間、服務(wù)器與操作站之間等，靠網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)線和網(wǎng)卡進(jìn)行通信。DCS機(jī)房避免不了老鼠的存在；另外，操作站計算機(jī)配置再好，也有可能會出問題。由于老鼠對網(wǎng)線的侵害造成網(wǎng)線短路或計算機(jī)網(wǎng)卡故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，都會引起DCS故障，導(dǎo)致系統(tǒng)停車。為了避免出現(xiàn)類似故障，在配置交換機(jī)時，選用隔離式網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可將網(wǎng)絡(luò)故障控制在某一點上，這樣就不會引起DCS網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴而導(dǎo)致系統(tǒng)停車。

8 結(jié)語

由于DCS在工業(yè)控制中的核心地位，在配置DCS時，對防雷接地、控制室選址、電源配置、安全柵選型、DI/DO隔離、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置等環(huán)節(jié)都應(yīng)進(jìn)行充分考慮，避免控制系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)各種問題，確保DCS的安全、可靠運行。

參考資料

[1] 何衍慶，黃海燕，黎冰.集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：6.

[2] 斯可克，黃德敏，張云貴.現(xiàn)場總線應(yīng)用疑難解答[M].北京：中國電力出版社，2006：10.

[編輯：董紅果]

Experience in DCS installation and maintenance

CHENYuan

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

DCS; lightning protection; grounding; power supply; isolation

The experience in installation and maintenance of DCS to ensure its stable operation was introduced, including lightning protection grounding, environmental conditions in control room, configuration of power supply, selection of safety barrier, DI/DO isolation, and configuration of network switch.

2017-02-07

TQ056

B

1008-133X(2017)03-0040-04

*[作者簡介] 陳元(1971—)，男，助理工程師，1992年畢業(yè)于四川儀表工業(yè)學(xué)校自動化儀表專業(yè)，2005年畢業(yè)于重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，現(xiàn)任重慶市映天輝氯堿化工有限公司機(jī)電儀車間書記，從事車間管理、儀表設(shè)備管理工作。