DCS系统调试中保证设备安全的一个重要步骤

1 DCS 系统安装调试基本程序 技术要素及设备安全检测措施系统安装调试基本程序 技术要素及设备安全检测措施 王王 新新 胜胜 概概 述述 DCS 系统 通常称为集散型控制系统 也称为分散控制系统 分布控制系 统 它是仪表技术 控制技术 计算机技术 通信技术等相互渗透 共同发展 形成的生产过程控制和管理技术 已广泛应用在一些行业的生产装置中 DCS 的安装调试是现场的一项重要工作 DCS 的发展已经历了几代产品 制造厂家众多 各种系统的体系结构和功 能有所不同 DCS 的控制对象和规模也多种多样 近年来 DCS 控制系统广 泛应用于石油 化工 冶金等行业的各种生产装置中 本文根据 DCS 的共同 特点 总结近年来 一些 DCS 装置安装调试的实践 对 DCS 安装调试的基本 程序和技术要点进行说明 一 一 DCS 系统安装调试的总程序系统安装调试的总程序 大中型 DCS 项目的建设周期 随同装置的设计 采购 制造 安装到投 产 往往需要 2 年左右 目前使用的 DCS 控制系统中 除常规的热工量 如 温度 压力 流量 液位 位移等作为被控对象外 还将供电 动力部分的电 压 电流等电量也作为监控范围 以致其被控对象信号电压从毫伏级至几百伏 且信号种类多 线路也较复杂 在项目的建设现场 DCS 包括仪表施工在内 整个安装调试时间大约安排 6 个月 DCS 通常要在制造厂内进行试组装和出厂调试 建设现场的工作包括 中央控制室和生产装置两个区域 DCS 的现场安装调试总程序如图 A 所示 2 中央控制室 装置现场 图图 A DCS 安装调试总程序安装调试总程序 总程序的安排有以下特点 1 充分保证整个生产装置的施工进度 仪表自控专业要配合全装置的施 工 就地仪表的施工进度受到其它专业制约 而中控室的工作则相对独立 合 理组织安装调试的交叉施工 做好与土建 电气 设备 工艺等专业的协调工 作 可以加快工程进度 2 通过冷态系统调试充分发现和及早处理 DCS 设计 设备制造的遗留问 土建验收 基础准备就地仪表单体调校 硬 件 安 装 就地仪表安装 硬件调试 软件调试 冷态回路调试 汇线槽安装 电缆敷设 DCS 与就地仪表线路连接 热态回路调试 系统综合调试 DCS 投运及配合装置试件 3 题和安装问题 确保工程质量 同时也为最终的系统调试作好准备 DCS 的正 常运行为装置工艺试车和顺利投产提供了操作控制上的质量保证 3 根据总程序 通过对有关系统构成 功能 外部联系和建设总进度的 综合分析 便于制订具体的工作日程计划 做到对 DCS 分单元 分层次安装 调试 合理隔离 逐步开通 从而有利于系统调试中的安全 减少故障发生 二 二 DCS 的安装程序及重点技术要素 的安装程序及重点技术要素 1 中控室内 中控室内 DCS 的硬件安装程序 的硬件安装程序 如图 B 系统调试 图 图 B DCS 的硬件安装程序的硬件安装程序 安装方案及工具准备DCS 设备开箱检验 土建验收 安装尺 寸核对 基础安装 接地装置 预埋安装 汇线槽安装 中控室空调 安装投用 编制电缆敷设表 汇线槽 管沟及活动 地板下的电缆通道布置准备 DCS 机柜 操作台 辅助设备安装 机柜内插卡 部件安装检查 接地系统连接和检查测试 电源系统安装调试通信电缆连接和检查 DCS 硬件软件调试及冷态回路调试装置区 汇线槽及中控室的电缆敷设 DCS 接线柜与装置区的线路端子连接 4 2 电源系统部分 电源系统部分 DCS 的电源系统一般包括直流电源系统 交流电源系统和不间断电源 UPS 系统 在 DCS 通电前 供电电源系统应调试完毕并正常运行 以保证 DCS 的连续通电调试 系统安装调试的重点要注意不同电源系统 不同电压等 级电源之间的电气隔离 除了自控系统本身的电源与信号隔离外 还不能忽视 与电气专业的联锁中的隔离问题 3 电缆敷设部分 电缆敷设部分 敷设仪表电缆和通信电缆应注意下列问题 1 本安电缆 信号电缆与电源线路要分开敷设 不可避免交叉时应以垂 直角度交叉 在汇线槽内不同类型电缆要分槽敷设 活动地板下的电缆要各自 形成路径 互相保持距离 特别注意中控室入口不要混乱 2 电缆敷设中不应有中间接头 各类端子都应连接牢固 3 总线及有关通信电缆要使用专用电缆 按制造厂的要求连接 一般都 有规定的长度 并且配好接头 编上号 4 光纤电缆采用专用接头 注意保持接头的清洁干燥 5 敷设电缆和校线接线应有方案 以便提高工作效率 防止错线 6 备用电缆芯线应接地 4 接地系统部分 接地系统部分 DCS 及其辅助装置 以及整个装置的自控系统 都对接地有严格的要求 不同类型的接地系统不能相混 在 DCS 通电调试前 必须完成接地系统的连接 和测试 在线路中 正确地屏蔽和接地 可抑制大部分干扰 接地系统的连接 影响着各电源系统 信号系统 DCS 及仪表设备的正常运行和安全 5 典型的接地系统如图 C 所示 仪表接地极与电气接地极是否共用以及具 体的接地方式应按工程设计要求进行安装 接地系统接地对象接地母线接地极专业 本质安全 系统接地 信号地 屏蔽地 保护地 工作接地和 屏蔽接地 模拟地 数字地 信号地 功率地 屏蔽地 直流地 仪 表 保护 安全 接地 机柜壳体地 汇线槽 支座地 电气保护接 地 交流地 工厂接地 网 电 气 图图 C 典型的接地系统典型的接地系统 接地系统安装应重点注意下列问题 1 DCS 和仪表系统接地要与电气系统接地分开 DCS 各类接地系统要分 开母线自成系统连到接地极上 不能接错地母线的连接点 接错一点就使系统 6 混地 2 信号电缆屏蔽线应单端接地 屏蔽板应与机壳接地相连 构成等电位 屏蔽 3 接地系统的接地电阻值应符合设计要求 4 安装中应注意 防止人体和环境产生的静电损害电子元器件 机柜上 不要存在不接地的孤立金属导体 三 三 DCS 硬件调试硬件调试 硬件调试的一般程序如下 1 接地测试 接地测试 1 不同接地系统间的隔离检测 2 接地电缆 母线 接地端子的连通试验 3 接地电阻测试 2 线路检测 线路检测 检查安装完毕的线路 母线 接线端子的连接情况 3 电源测试 电源测试 1 测量各电源母线 开关的供电电压 2 测量各电源调节器的各种输出电压 3 测量各单元插卡上的各类供电电压及检查所有电压指示 显示 4 UPS 及备用电源的供电操作及性能测试 4 机柜内风扇检查 机柜内风扇检查 5 操作站通电检查 操作站通电检查 通电正常后装入有关软件 7 6 机柜插卡通电检查 机柜插卡通电检查 单元插卡信号灯状态检查 7 DCS 硬件及通讯综合检查硬件及通讯综合检查 通过操作站屏幕显示 利用 DCS 测试 诊断功能检查所有硬件单元及通信 网络 8 DCS 辅助设备检测辅助设备检测 打印机 硬拷贝 报警器 记录仪等的通电和功能检查调试 9 辅助机柜硬件测试 辅助机柜硬件测试 安全栅 继电器 变送转换单元等的调试检测 10 管理 管理 上位上位 计算机开通测试计算机开通测试 四 四 DCS 软件调试软件调试 DCS 软件按功能主要组成如下 程序设计系统 系统软件 诊断程序 操作系统 检测 DCS 软件 数据处理 过程监视程序 报警 操作服务 应用软件 判 断分析 过程控制计算程序 开环控制 闭环控制 8 事故处理 公共应用程序 对 DCS 软件 在安装调试阶段主要是通过操作站的各项功能的检查 组 态检查和系统回路调试来进行检查测试 调试程序按下列项目安排 1 操作站功能测试 操作站功能测试 按照操作手册的说明逐项检查以下有关功能 2 组态测试 组态测试 DCS 的组态功能一般包括 1 数据库生成 2 历史库生成 3 图形生成 4 报表生成 序号A 操作员功能B 工程师 1操作监视功能 报警 状态 控制 调整 画 面 1 系统建立功能 2用户定义功能 图形 画面 展开 3趋势记录功能 4信息功能 报警 传送 保存 2 系统测试功能 反馈控制测试 顺 序控制测试 5过程报告功能 状态 历史 6音响功能 3 系统维护功能 7运行管理功能 打印 记录 8操作应用功能 功能键 拷贝 4 系统管理功能 9 5 顺序控制生成 6 连续调节功能 安装后测试组态软件 主要方法是按照组态设计 数据 表 从操作站上通过 各种键盘操作调出组态的有关显示画面仔细核对 3 DCS 的冗余 故障诊断等功能测试 的冗余 故障诊断等功能测试 属于设备检验范围 一般不在安装阶段进行 4 DCS 与与 PLC 可编程序控制器可编程序控制器 的特殊的专用程序的测试 按设计说明进行 的特殊的专用程序的测试 按设计说明进行 五 五 DCS 的系统调试的系统调试 DCS 是否能按照工程设计要求对生产装置过程进行检测控制 最后要通过 完整的回路试验和系统综合调试来确认 系统调试的一般程序如下 系统调试的一般程序如下 1 单回路和复杂回路的调试 2 联锁系统调试 3 程控系统调试 4 特殊系统调试 上述调试工作分冷态和热态两个阶段安排 最后 要结合调试进行参数整 定 此时 DCS 即可全部投入运行 配合装置的单机试车和联动试车 系统调试工作需要设计 制造 施工 生产操作人员几方面的配合 由仪 表 电气 工艺等专业对系统的一些控制功能和数据共同检查确认 六 六 DCS 调试的技术要领 调试的技术要领 1 调试的覆盖技术 调试的覆盖技术 10 所有仪表的单体调试应按检查表逐项完成 并分别记录 系统调试要求确认所有单元 所有回路都已投入系统网络正常运行 并进 行了正常的数据通信 确认回路中的仪表部件都已工作并参与了回路调试 其 性能 参数符合技术要求 回路已对工艺过程起到了检测控制作用 回路与回 路之间 系统与系统之间的信号传送和联锁等相互关系都符合设计和生产要求 调试覆盖应分别按调试计划 系统结构图 回路图和接线图 逻辑图 程 序表等分系统 分单元 分回路进行确认 并在图上作出调试标记 完成调试 记录 2 调试的模拟技术 调试的模拟技术 输入信号的模拟应从变送器 检测元件和输入端送入模拟过程参数的信号 在冷态调试阶段则可从输入输出接线柜端子上送入毫安 毫伏 电阻或接点状 态信号 或其它特殊信号 采用通用或专用的信号源仪器和数字式仪表 保证 精度要求 冷态调试时因负载未接通输出端 应以规定的负载电阻 模拟输出 电压相 符的信号灯 接点输出 等进行输出负载模拟 保证回路在调试中的正常工作和 获得调试结果 联锁系统的调试需要有模拟板 用一系列小型开关和信号模拟各输入输出 点的 0 或 l 状态 并设置一定数量的模拟信号发生器提供调试所需的模 拟信号 3 人机对话技术 人机对话技术 充分利用操作站键盘和显示功能 根据 DCS 输入输出点的类型和数量合理 11 进行系统调试的分组和 CRT 画面显示的分工 可以加快进行系统调试中的各 项操作和及时观测记录数据 4 故障诊断技术 故障诊断技术 DCS 调试中所出现的故障来源于设计错漏 制造质量问题 安装质量问 题和操作调试错误 发现故障后 可通过对硬件 软件故障状态的分析 利用 DCS 的维护诊断软件功能 初步判断故障范围 然后按系统 单元 插件 模 块 元件和线路进行检测 对故障定位和查明原因 软件故障则要修改程序和 组态数据 5 其它 其它 标准仪器 专用仪器的准备 通讯呼叫系统的开通 DCS 制造和工程设计 文件的会审和掌握 也都是调试工作不可缺少的技术环节 七 七 DCS 设备安全检测措施 设备安全检测措施 由于 DCS 系统设备造价较高 施工企业在对其进行调试的过程中 如果发 生设备损坏事故 其后果是严重的 如何采取有效措施 防止 DCS 系统设备 在调试过程中的安全 是负责调试工作的有关人员必须重视的问题 按照常规的施工顺序 DCS 主机设备安装就位后 进行系统回路配校线 配校线完成后 主机及外部系统先后送电 进行调试工作 这个过程中 从配 校线完到主机 外部系统送电 对系统而言就再没有什么检查 复核的步骤 由于传统的校线只能对照图纸检查是否接线位置有误 而对于监控回路形成后 外部信号是否在正常的范围内 却不是校线所能判断的 在系统送电肘 调试 人员对由外部进入 DCS 主机的信号是否都正常不能做到心中有数 要等到系 统送电后 在主机 CRT 上观察到出现异常 才能去查找原因 由于此时强电 12 系统信号也已进入系统 一旦高电压因连接有误等原因串人信号通道 就会造 成接口模板在通电时损坏 特别对热电偶输入模块而言 其信号电平是毫伏级 只要十几伏电压就可将模板损坏 所以用传统办法检查系统 从 CRT 上看到 异常时 往往后果已无法挽回 因此 在外部系统与主机送电前 先用仪器逐一检查各 I O 回路的信号范 围 确认外部系统安全无误后 再与主机连接送电 具体作法如下 1 首先送电前先将外部系统与主机脱开 对一些模板上活动的端子排 可将其从模板上拔下 检查后再插上 如 Honewell 公司产品 或拔下插件板 使主机与外部有效脱离 2 然后用万用表高电压档逐一检查每个回路 看是否有高电压存在 3 最后用数字多用表逐一检查各电路信号电平 这样检查后可得到的后果是 1 回路是有源输入回路或外部电源受控的输出回路 被检查到的信号在 设计许可的范围内 则该回路信号对主机而言是安全的 2 回路是无源输入回路 主机