提高DCS控制系统运行可靠性的措施分析

摘要：着重从DCS控制系统的配置及应用的外部环境条件等方面，对提高DCS系统应用的可靠性进行探讨，提出了一些具体建议。

前言

随着大、中型石油化工、炼油引进装置的不断增多，以及工业自动化水平的不断提高，尤其是计算机控制系统及其相应软件的不断开发和完善，在新建或改建的工程项目中，生产过程控制选用DCS集散控制系统的趋势越发明显。我厂各主要装置基本全部采用DCS系统进行控制，近两年对部分系统老化的装置进行了升级更新。改造中选用了多种不同种类的DCS控制系统：一催化、一加氢、一动力、二动力、氮气站和即将进行的二催化改造选用的是日本横河公司的CS3000系统，净化水、循环水以及油品则选用了浙大中控的JX-300XP系统。因此，确保生产装置安全运行，提高DCS系统应用的可靠性是十分重要的，而且是一个十分复杂和艰巨的任务。

DCS系统特点概述

DCS系统具有较高的灵活性与扩展性，具有先进的过程操作画面(动态流程画面，分组回路画面，总貌画面，报警画面，趋势记录画面等)，具有各种控制功能，运算功能，并能实现工艺参数趋势预测，历史数据显示和各种报警功能。从而实现对工艺生产全过程的集中监视、控制和管理，同时，DCS系统的各种插卡能够带电插拔、更换，这些特点是常规仪表所不具备的或需要经过复杂的组合才能实现，因此，DCS的应用有广阔的前途，其应用的可靠性问题也越来越为人们所关注。

冗余后备是提高DCS可靠性的有效手段

DCS系统主要由现场控制站、操作站、通讯网络等单元组成，在实际应用中，除了采用高可靠性并通过实际考验的元气件来构成系统外，在工程设计中，还要从DCS系统的配置方面考虑DCS系统的可靠性问题，采用冗余配置的冗余设备具有在线自诊断、故障报警、无差错切换等功能，从而提高了DCS应用的可靠性。

下面以横河CENTUMCS3000系统控制器单元的配置为例(见图1)说明工程中DCS冗余配置的实施。

图1

3.1现场控制站的冗余配置

在图1中，现场过程信号的采集、运算、控制均由FCS实现，处理器、通讯模块、电源模块为冗余设置外，在控制柜中用于控制的输入输出模块也全部为冗余设置。

3.2操作站的补偿机能

操作站是DCS系统的人机接口部分，工艺过程的监视、操作均通过它来实现，它向工艺操作人员提供各种过程信息，操作人员又通过它发出各种操作指令，实施工艺操作，由于同一条LCN总线上可以设置数台操作站，所以，在进行操作站配置时，至少要配置两台操作站，并且至少有一台操作站使用UPS供电，进一步提高系统运行的可靠性，这些操作站可以分别独立进行操作，又具有均衡补偿功能，每一个操作站都可以对整个系统状况进行监视、操作。

3.3通讯总线的冗余设计

局域控制网LCN及万能控制网UC均为冗余配置，通过网络接口模件进行通讯，通讯采用ISO/IEEE802.4令牌通讯方式，整个网络具有点对点通讯功能，使得网上各接点可以共享网络数据。

从外部环境条件上保证DCS系统运行的高可靠性

为了使DCS系统运行安全可靠，除了系统的可靠性设计措施外，用户还必须提供良好的外部环境条件，这些条件主要包括：良好的环境条件、机房温湿度、好的供电系统、良好的接地系统以及防灰、防震、防腐蚀等措施，只有具备相应的措施，长期稳定的运行才有保证。另外，较好的日常维护人员，提高维护水平，加强对系统的保养也是提高可靠性的重要因素。

4.1DCS控制室的设计

DCS控制室宜接近现场和方便操作，但又不处于危险的场合，远离振动源、强噪音源以及强电磁场的干扰，另外，对易燃、易爆、又毒、有粉尘的装置，控制室宜布置在本地区全年主导风向的上风侧，或全年最小频率风向的下风侧。DCS中央控制室除应设置操作室、机柜室、工程师站室外，还应设置必要的辅房，如：维修室、备件室、UPS电源室等。操作室内主要设备有显示器、操作台，事故、报表打印机等，一般显示器操作台后要有1.5～2.5m的空间，而显示器操作台前要有3.5～5m的空间，以便于操作和维修。机柜室一般有控制单元、输入输出单元、辅助仪表柜等，机柜室布置时需考虑机柜散热以及维护和接线的方便。另外还应考虑进线的内外部密封及消防措施。

4.2电源设计

电源设计是系统安全可靠的关键之一，尽管DCS控制系统已考虑到断电时的备用电源或RAM存储器的数据保留问题，但不成功的电源设计仍常常威胁着系统的正常运行，供电的连续性对系统的正常、安全运行极为重要，为保证其可靠性必须配置不间断电源UPS，同时，UPS运行的有关参数及运行状态信号应输入到DCS系统中，当UPS故障时可以报警提示，以保证系统和工艺装置的安全。

4.3防干扰接地措施

在实际生产中，一些大型动力设备的启运过程、大型变压器、大功率可控硅整流设备的现场电磁感应的影响，公共接地回路电流的存在等多种多样的干扰信号会通过不同途径与系统耦合，对系统带来扰动，因此，系统设计必须考虑抗干扰措施，在工程上用接地、屏蔽来抗干扰是十分现实而有效的。DCS系统仪表的接地分为DCS系统工作接地和保护接地，仪表保护接地是为保证人身安全和电气设备的安全而设置的，一般包括：仪表盘、箱、柜、DCS机柜、操作站、仪表外壳、电缆护管、汇线槽等的接地。屏蔽电缆的屏蔽线接地应属于DCS系统的工作接地，而且屏蔽接地在一个回路中只能在一点接地。接地连线应使用铜芯绝缘电线、电缆，接至接地汇流板，对于工作接地的各接地线、接地汇流条除正常的连接点外，都应当是绝缘的，最终与接地体或接地网的连接是从接地汇流板单独接线的，各接地电线、电缆的使用规格见表1。

总之，DCS系统接地问题在DCS系统设计、安装、调试当中比较重要，在系统调试前应经过接地电阻测试，达不到要求不能调试，更不能进行生产的联动试车，否则会给系统带来难以判断的故障。

结论

综上所述，随着DCS系统的广泛应用，集中控制的优越性越来越被人们所认识，同时，人们对于工业控制自动化的可靠性、准确性的要求也越来越高，因此，对提高DCS系统应用的可靠性措施探讨就有着十分重要的意义和实际应用价值，可靠性问题需要我们在实践中不断地加以探索和总结，从而使DCS系统的应用再上新水平。

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