dcs系統接地原則及方法、點數計算方法、選型設計調試、常見故障分析與有效預防措施

2021-02-24 電工之家

dcs系統是分布式控制系統在國內自控行業又稱之為集散控制系統。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機、通訊、顯示(CRT)和控制等技術,其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。高可靠性。dcs系統具有高可靠性,由於dcs將系統控制功能分散在各臺計算機上實現,系統結構採用容錯設計,因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其他功能的喪失。此外,由於系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一,可以針對需要實現的功能採用具有特定結構和軟體的專用計算機,從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。接下來小編來為大家介紹更多關於dcs系統的知識,包括:dcs系統接地原則及方法、點數計算方法、選型設計調試、常見故障分析與有效預防措施。

dcs系統接地原則及方法

1、dcs系統設置的接地裝置

(1)操作臺、列印臺、伺服器櫃:設有保護地螺釘。

(2)繼電器櫃、U櫃、配電櫃:設有保護地螺釘。

(3)dcs的I/O機櫃:設有屏蔽接地匯流排,保護地螺釘。系統地(+24V地)懸浮。

(4)儀表櫃、手操盤臺:設有屏蔽地接地匯流排,保護地螺釘。

(5)安全柵櫃:設有屏蔽地接地匯流排,本安地接地匯流排,保護地螺釘。

2、信號屏蔽及其接地

(1)根據有關技術規定要求,計算機或dcs系統信號電纜的屏蔽層不得浮空,必須接地,其接地方式應符合下列規定:

a、當信號源浮空時,屏蔽層應在計算機側接地;

b、當信號源接地時,屏蔽層應在信號源側接地;

c、當放大器浮空時,屏蔽層的一端與屏蔽罩相連,另一端宜接共模地(當信號源接地時,接信號地。當信號源浮空時接現場地)。

d、當屏蔽電纜途經接線盒分斷或合併時,應在接線盒內將其兩端電纜的屏蔽層連接。

(2)dcs系統信號電纜的選擇與敷設,應嚴格按照有關規定執行。屏蔽電纜的屏蔽層應按以上要求進行接地。為了提高dcs系統的抗幹擾能力,dcs系統開關量輸入/輸出信號,選用阻燃型對絞銅網屏蔽計算機電纜還是比較恰當的。

3、集中布置的dcs設備接地方法

4、分散布置的dcs設備接地方法

分散布置dcs系統設備之間的連接一般是網絡(通訊)線,例如:現場控制站分散到現場,而操作員站位於不同的控制室,分散直徑在500米的範圍內,各站點間使用多模光纖或5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線等連接。

(1)使用光纖連接的站點:各站點內的接地方法同集中布置的dcs設備。

(2)使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線連接的站點:

a、控制室的各類地線先連接到公共連接板,公共連接板通過接地總幹線與公共接地極相連。從公共接地極看過去,整個接地網絡是一個星型結構。

b、使用5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線兩頭通過網絡浪湧保護設備(信號避雷器、通流量不小於5KA)與dcs的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他網絡設備相連。兩邊的站點有各自的公共接地極,二者不必有金屬連接,各站點的接地方法同集中布置的dcs設備。5類雙絞線或DP屏蔽雙絞線必須穿鍍鋅鋼管或金屬橋架敷設,鋼管或橋架必須可靠接地。當雷擊,或者電氣事故造成兩邊地電位差過大時,信號避雷器可以保護兩邊的設備。

5、dcs設備接地安裝

(1)接地體:為釘入地下的良導體,由接地總幹線傳來的電流通過接地體導入大地。接地體與接地總幹線之間採用銅焊,焊接後應做防腐處理。可用接地網幹線把多個接地體連接成網,接地網應滿足dcs系統接地電阻的要求。當接地網幹線與接地體採用搭接焊時,其搭接長度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。圖3為典型的多接地體安裝圖。

6、dcs系統接地降低土壤電阻率的方法

(1)改變接地體周圍的土壤結構。在接地體周圍的土壤2~3m範圍內,摻入不容於水的、有良好吸水性的物質,如木炭、焦碳煤渣或礦渣等,該法可使土壤電阻率降低到原來的1/5~1/10。

(2)用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實。木炭和細摻勻為一層,約10~15cm厚,再鋪2~3cm的食鹽,共5~8層。鋪好後打入接地體。此法可使電阻率降至原來的1/3~1/5。但食鹽日久會隨流水流失,一般超過兩年就要補充一次。

(3)用長效化學降阻劑。用長效化學降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來的40%。

7、dcs系統接地材料及要求

(1)接地體與接地網幹線的材料要求

接地體和接地網幹線所用鋼材規格可按下表選用,若接地電阻滿足不了要求時,也可選用銅材。如果接地體和接地網幹線安裝在腐蝕性較強的場所,應根據腐蝕的性質採取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當加大截面。

(2)接地連線要求

dcs系統的保護地和屏蔽地連線應使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區電氣專用接地網或接地體上。小表列出各類接地電纜可選用的規格。當接地連線距離較長、dcs系統對接地電阻要求較高或接地幹線分接的支線數量較多時,宜選用表中截面較大的電線電纜。

8、現場接地常用注意事項

(1)現場控制站:接地螺絲因機櫃本體與底座間有膠皮形成絕緣,屏蔽地匯流排與底座間絕緣,現場控制站必須按規定做好接地處理。即分別接至現場控制站接地匯流排上。I/O櫃的電源地與U的電源地必須接至同一個地,保證等電位。

(2)現場控制站:操作員站、工程師站、網絡交換機、伺服器主機、系統顯示器等採用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網。

(3)I/O模件:模擬量模件的40端即直流24伏的負端接至邏輯地匯流排上,邏輯地匯流排接至屏蔽地,再接入總接地匯流排。

(4)現場控制站的保護地應從機櫃下方的接地螺釘接至接地分幹線,現場控制站的屏蔽地應從接地匯流排接至公共連接板。

(5)接地系統的電阻必須進行測試,以保證接地能滿足控制系統製造商的要求。

dcs系統點數計算方法

1、dcs系統AI輸入點數如何計算

AI指進入dcs系統或plc的模擬量輸入信號。從現場可以直接輸入dcs系統的AI輸入信號有熱電偶(J、K、T、N、E、R、S和B分度號熱電偶)、熱電阻信號(Cu50、Cu100、Pt100和Pt50分度號)、標準電流信號(4-20mA、0-20mA)、標準電壓信號(1-5V、0-5V和0-10V)和脈衝信號;其他形式的信號如需送入dcs系統,則要用信號隔離器、電流變送器、電壓變送器等信號轉換設備將該信號轉換為4-20mA或1-5V在送入dcs系統。

(1)熱電偶AI輸入點數統計

單支裝配式熱電偶或者單支鎧裝熱電偶按1個AI點計算;雙支裝配式熱電偶或者雙支鎧裝熱電偶需要在dcs系統顯示同一測點的兩個傳感器溫度按2個AI點計算,只顯示該測點的一個溫度按1個AI點計算;單支多點熱電偶或多點熱電偶常用於監測同一測點不同部位溫度,熱電偶有幾個測量點則計算幾個點熱電偶AI輸入。

(2)熱電阻AI輸入點數統計

熱電阻AI輸入點數統計方法和熱電偶AI輸入點數統計方法相同。

(3)標準電流、電壓AI輸入點統計

每一路送入dcs系統的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信號分別計算1個AI點,同時統計該輸入信號對應的量程範圍。二線制變送器(包括溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、流量變送器等)因涉及DC24V供電,最好單獨統計AI點數,方便dcs系統集成接線。

特別說明:在現場顯示的壓力表、雙金屬溫度計、玻璃轉子流量計等現場儀表不進入dcs系統點數計算。

2、dcs系統AO輸出點數如何計算

AO指dcs系統或PLC發出的控制現場執行設備的模擬量輸出信號。AO輸出一般有4-20mA、0-20mA、0-5V、1-5V和0-10V五種類型,4-20mA為最常用dcs系統AO輸出,AO輸出通常接入電動執行機構、氣動執行機構、變頻器、電力調整器和工業控制模塊等設備,通常每一個被控對象對應一路AO輸出,AO輸出點數與被控設備數量相同。

3、dcs系統DI輸入點數如何計算

DI指進入dcs系統或PLC的開關量輸入信號,DI輸入必須是無源觸點、TTL或CMOS電平信號,DI進入dcs系統或PLC後通常會接通DC24V或者DC48V查詢電壓。儀表專業DI輸入通常來自現場電接點壓力表、電接點雙金屬溫度計、電接點水位計、液位開關、流量開關、火焰檢測、電接點水位計等儀表的報警觸點,每一個報警觸點接入dcs系統時計算為一個點DI輸入。

4、dcs系統DO輸出點數如何計算

DO指dcs系統或PLC發出的控制現場設備的開關量輸出信號,通常通過中間繼電器再接入其他不同電壓等級的用電設備。儀表專業DO輸出常用於控制外部指示燈、電磁閥、聲光報警器、電氣控制和多迴轉電動執行機構、接觸器等設備。dcs系統控制不同設備其所需要的DO輸出點數不同,以下是常見被控對象I/O點數:

(1)開關型電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點,閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點,閥門開到位/閥門關到位信號計算DI輸入2個點 ,閥門開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。

(2)開關型多迴轉電動執行機構(AC380V電源):每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點(如無反饋信號則不計算該AI點數),閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點,閥門開到位/閥門關到位(限位開關)計算DI輸入2個點,執行器開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。

(3)調節型電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點,閥門控制信號計算AO輸出1個點,執行器故障報警信號計算AI輸入1個點(故障報警常見於智能型電動執行機構,如無故障報警信號則不計算AI點數)

(4)調節型多迴轉電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點,執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點,ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點(ESD緊急控制信號常見於智能型多迴轉電動執行機構,如無此功能則不計算該DO點數),開過力矩/關過力矩報警信號計算DI輸入點數2點。

(5)變頻器:每臺變頻器頻率反饋計算AI輸入點數1點,頻率給定信號計算AO輸出1個點,運行/停止給定指令計算DO輸出1個點,變頻器故障報警計算DI輸入1個點,故障復位計算1個DO輸出1個點,變頻器運行狀態計算DI輸入1個點。

如果變頻器與通訊方式與dcs系統連接,則只需要計算1個通訊點,不需要計算其他點數。

(6)如dcs系統外接電磁閥、指示燈、接觸器等設備,每個設備計算DO輸出1點(如多個設備共用一個控制信號,通常通過增加中間繼電器觸點方式完成,只需要計算1個DO輸出)。

dcs系統的選型設計調試

1、系統和控制器的配置要重點考慮可靠性和負荷率(包括冗餘度)指標。通訊負荷率必須控制在合理範圍內,控制器的負荷率儘可能均衡,避免「高負荷」問題的發生。

2、系統控制邏輯的分配,不宜過分集中在某個控制器上,主要控制器應採用冗餘配置。

3、電源設計必須合理可靠。注意電源設計的負荷率和電源的冗餘配置方式,保證兩路獨立電源。

4、注重dcs系統接口的可靠性,注意重要接口的接口方式和冗餘度。

5、dcs系統接地按廠家要求執行,避免接地問題造成系統大面積故障。應注重考慮系統的抗幹擾措施,I/O通道應強調隔離措施。重視電纜質量與屏蔽,重要信號及控制使用計算機專用通訊屏蔽電纜。

6、根據設備運行特點和各種工況下機組處理緊急故障的要求,配置操作員站和後備手操裝置。緊急停機停爐按鈕配置,應採用與dcs分開的單獨操作迴路。

7、對於保護系統,採用多重化信號攝取法。合理使用閉鎖條件,使信號迴路具有邏輯判斷能力。

8、調試期間按照調試大綱、辦法,對所有邏輯、迴路、工況進行測試,確保各參數設置正確合理。

dcs系統常見故障分析與有效預防措施

一、故障分類

1、通信故障

dcs系統網絡拓撲方式以及採用的通信協議多種多樣,但就市場上不同品牌的dcs系統在網絡組織架構上大多都分了兩個層級:其一面向中央處理器以及其下的拓展分站(下位機),其二則是人機界面,諸如操作員、伺服器、操作員站的各種站點(上位機)。通信故障通常表現為這樣幾種形式:系統死機、脫網、通訊中斷等等。造成通訊故障的原因,常見的有以下三種:首先,dcs系統通信功能的運行大都是通過一個節點向另一個節點問詢數據完成的,如果另一個節點沒有該數據,它會一遍又一遍詢問,直至讀取數據,倘若網上並無此數據,網絡就會被堵塞,通信就無法正常進行。其次,dcs組態欠缺,其應用軟體伴隨著科技的發展一直在增加,但實際上並沒有和I/O點連接起來,因而CPU在讀取數據過程中,即使讀取了數據,但有效的也很少,這就給CPU帶來了相當大的負荷,很容易造成網絡被堵塞。最後,網絡通信介質出問題、硬體升級驅動程序跟不上、運行環境溫度過高等等因素都可能給通信造成阻礙。

2、硬體故障

硬體故障一般表現在過程控制層中,主要是整個系統中的模塊,尤其是I/O受到了損傷。硬體故障表現會十分明顯,所以比較容易察覺,它帶來的影響通常只是局部的,像參數顯示不變化就是硬體受損的表現。硬體受損多由於使用不恰當或者是使用時間太長導致原件老化所致。倘若dcs周邊環境多塵、高溫,會嚴重縮短其使用壽命,考慮到這一點,在安裝dcs控制系統之前,最好保證土建、裝修工程已經完工,倘或是在夏天,還要注意及時開啟空調,或者在對dcs系統產品進行選型時針對複雜環境應重點考慮防護等級的問題。目前市場上很多品牌的dcs產品都已經開發了硬體的自診斷功能,可以直接在上位機上反映出出現問題的硬體所在位置,還可具體到哪一個通道出現故障,也對排除硬體故障帶來了很多便利。

除了通道故障,硬體故障中也存在人機接口故障,人機接口故障具體表現有:滑鼠無法正常操作,因為失效,所以操作人員使用非常不方便,造成這一狀況的原因,可能是USB接口不穩定,也可能是計算機主板有問題。死機可能是因為dcs系統軟體本身存在缺陷,也可能是因為CPU負荷太大所致,當這種情況發生的時候,要耐心分析其原因。功能鍵盤操作失靈,有時候會出現按鍵接觸不良的情況,這時候鍵盤操作就不正常了。

3、軟體故障

軟體故障通常都是由dcs系統本身缺陷所造成,大都出現在dcs軟體升級階段初期。軟體是dcs系統最複雜的一個部分,程序複雜,組態工作者多是交叉作業,如此一來,一旦溝通不到位,就會出現漏洞,軟體錯誤就不可避免。dcs系統軟體修改需要嚴格遵照規定執行,同時針對修改進行備份,如遇數據丟失,就可以藉助備份進行修復。軟體故障主要有以下三種:主CPU和從CPU的組態信息不相一致,致使CPU無法完成初始化;網絡通訊壓力過大,造成系統混亂;某元件更新後,相關的參數沒有相應改變。

4、電源故障

電源故障會直接導致dcs系統控制項功能失靈,停止運作,造成經濟損失,控制電源不誇張地說就是dcs系統的「生命線」。一些尤其重要的電源如果發生故障,就會直接影響到保護邏輯以及其他控制邏輯有序穩定的工作,甚至會導致一些連鎖關係的驅動元件誤動作,造成嚴重生產事故。電源常見故障有:(1)接線頭壓接不牢或者接插不穩,出現接觸不良狀況;(2)CPU出現問題或者是保險配置不合理,使電源被切斷;(3)電源線布線缺乏科學性,與那些有著強烈磁幹擾的設施距離過近;(4)種種原因導致模件損傷。

二、預防措施

1、抗信號幹擾

即使是輕微的信號幹擾,也可能造成通信故障,影響系統工作,引發系統癱瘓,或者信號幹擾直接幹擾到進dcs的信號,從而產生誤動作等等都會帶來巨大損失,如何更好地抗信號幹擾,可以預防採取這樣一些措施:第一,在粉刷中央控制室四周的牆壁之前,有必要安裝一層密集的鋼絲網,接著再與PE接地系統相互連接起來,這樣就可以有效避免強電磁場巨大的幹擾。第二,動力設備最好不用串聯的方式讓它們接地,儘可能地讓動力設備與接地線保持距離。第三,採用雙迴路冗餘電源系統為dcs供電,始終保持UPS一直供電不間隔,提高電源、電路的總體抗幹擾水平。第四,所有模擬量信號進dcs系統都必須用屏蔽電纜連接,屏蔽層需專門做好屏蔽接地,其對地電阻必須在1Ω以下。第五,儘可能屏蔽dcs系統周圍的無線電。

2、UPS電源維護

定時藉助紅外線測溫儀測量關鍵接線端子的實際溫度,同時予以詳細記錄,如果有升溫,要格外留心;藉助萬用表對電源電壓進行測量,記錄數據,如有波動,要格外留心;dcs系統檢修或者停機階段,及時進行切換實驗,監測冗餘CPU能否自動切換並處於正常工作狀態;檢查I/O模件,一些老化和腐蝕的電氣連接件要及時更換;嚴格遵照電池使用規則進行充電或者是放電;對風扇進行檢查,必要時進行清理,使風道能夠暢通無阻。

3、dcs軟、硬體系統運行和管理

(1)運行管理。所謂的運行管理就是指日常巡檢、軟體管理、備件管理等等。軟體是dcs系統的核心,程序複雜,其組態和修改都必須依照規定執行,同時備份修改信息,防止因數據丟失所引起的故障;倘若遭遇dcs裝置出現問題,需要用備件進行替換,安裝使用之前,一定要對其功能有一個全面測試,避免整個系統故障再次發生。

(2)檢修管理。檢修管理重視檢修工藝和檢修程序,為了使dcs系統的穩定運行質量有所保障,能夠長時間正常作業,必須定時定期進行大檢修,例如軟體備份、清掃電源、零部件清潔等等。

上述是小編為大家講解的dcs系統接地原則及方法、點數計算方法、選型設計調試、常見故障分析與有效預防措施。希望這些知識能夠幫助到大家!其實,dcs系統的維護是必不可少的,在對故障加以檢查和維修的過程當中,需要避免有搶修冒進的現象出現,嚴格的將隔離設置好,同時遵守相關的操作準則。結合系統自動診斷以及報警的具體情況針對故障實施分析,繼而更為良好的對故障加以解決。要是出現了大規模硬體方面的故障,應該對出現故障的設備加以及時的更換,之後聯繫相關專業技術工作人員對故障進行排除。要將網絡通信崩潰以及DPU死機等方面的預防工作做好,設置科學合理的應急措施,保證電廠運行的安全性和穩定性。對dcs故障實施處理的過程當中應該嚴格按照機械製造廠商所提供的要求來進行,繼而對跳線卡件實施及時的更換。

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    一、DCS系統接地的基本要求DCS系統接地是為了保證當進入DCS系統的信號、供電電源或DCS系統設備本身出現問題時,有效的接地系統能承受過載電流並可以迅速將過載電流導入大地。接地系統能夠為DCS提供屏蔽層,消除電子噪聲幹擾,並為整個控制系統提供公共信號參考點(即參考零電位)。