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dcs系统接地原则及方法及点数计算方法《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:18:27 阅读: 来源:无机防火堵料厂家

2019-02-25 20:22:21来源:贤集网 赵媛

dcs系统是分布式控制系统在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机、通讯、显示(CRT)和控制等技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。高可靠性。dcs系统具有高可靠性,由于dcs将系统控制功能分散在各台计算机上实现,系统结构采用容错设计,因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。接下来贤集网小编来为大家介绍更多关于dcs系统的知识,包括:dcs系统接地原则及方法、点数计算方法、选型设计调试、常见故障分析与有效预防措施。

dcs系统接地原则及方法

1、dcs系统设置的接地装置

(1)操作台、打印台、服务器柜:设有保护地螺钉。

(2)继电器柜、U柜、配电柜:设有保护地螺钉。

(3)dcs的I/O机柜:设有屏蔽接地汇流排,保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮。

(4)仪表柜、手操盘台:设有屏蔽地接地汇流排,保护地螺钉。

(5)安全栅柜:设有屏蔽地接地汇流排,本安地接地汇流排,保护地螺钉。

2、信号屏蔽及其接地

(1)根据有关技术规定要求,计算机或dcs系统信号电缆的屏蔽层不得浮空,必须接地,其接地方式应符合下列规定:

a、当信号源浮空时,屏蔽层应在计算机侧接地;

b、当信号源接地时,屏蔽层应在信号源侧接地;

c、当放大器浮空时,屏蔽层的一端与屏蔽罩相连,另一端宜接共模地(当信号源接地时,接信号地。当信号源浮空时接现场地)。

d、当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时,应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。

(2)dcs系统信号电缆的选择与敷设,应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高dcs系统的抗干扰能力,dcs系统开关量输入/输出信号,选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。

3、集中布置的dcs设备接地方法

4、分散布置的dcs设备接地方法

分散布置dcs系统设备之间的连接一般是网络(通讯)线,例如:现场控制站分散到现场,而操作员站位于不同的控制室,分散直径在500米的范围内,各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。

(1)使用光纤连接的站点:各站点内的接地方法同集中布置的dcs设备。

(2)使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点:

a、控制室的各类地线先连接到公共连接板,公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去,整个接地网络是一个星型结构。

b、使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备(信号避雷器、通流量不小于5KA)与dcs的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极,二者不必有金属连接,各站点的接地方法同集中布置的dcs设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设,钢管或桥架必须可靠接地。当雷击,或者电气事故造成两边地电位差过大时,信号避雷器可以保护两边的设备。

5、dcs设备接地安装

(1)接地体:为钉入地下的良导体,由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊,焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网,接地网应满足dcs系统接地电阻的要求。当接地网干线与接地体采用搭接焊时,其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。图3为典型的多接地体安装图。

6、dcs系统接地降低土壤电阻率的方法

(1)改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤2~3m范围内,掺入不容于水的、有良好吸水性的物质,如木炭、焦碳煤渣或矿渣等,该法可使土壤电阻率降低到原来的1/5~1/10。

(2)用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层,约10~15cm厚,再铺2~3cm的食盐,共5~8层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/3~1/5。但食盐日久会随流水流失,一般超过两年就要补充一次。

(3)用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。

7、dcs系统接地材料及要求

(1)接地体与接地网干线的材料要求

接地体和接地网干线所用钢材规格可按下表选用,若接地电阻满足不了要求时,也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所,应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大截面。

(2)接地连线要求

dcs系统的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。小表列出各类接地电缆可选用的规格。当接地连线距离较长、dcs系统对接地电阻要求较高或接地干线分接的支线数量较多时,宜选用表中截面较大的电线电缆。

8、现场接地常用注意事项

(1)现场控制站:接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘,屏蔽地汇流排与底座间绝缘,现场控制站必须按规定做好接地处理。即分别接至现场控制站接地汇流排上。I/O柜的电源地与U的电源地必须接至同一个地,保证等电位。

(2)现场控制站:操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。

(3)I/O模件:模拟量模件的40端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上,逻辑地汇流排接至屏蔽地,再接入总接地汇流排。

(4)现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线,现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。

(5)接地系统的电阻必须进行测试,以保证接地能满足控制系统制造商的要求。

dcs系统点数计算方法

1、dcs系统AI输入点数如何计算

AI指进入dcs系统或plc的模拟量输入信号。从现场可以直接输入dcs系统的AI输入信号有热电偶(J、K、T、N、E、R、S和B分度号热电偶)、热电阻信号(Cu50、Cu100、Pt100和Pt50分度号)、标准电流信号(4-20mA、0-20mA)、标准电压信号(1-5V、0-5V和0-10V)和脉冲信号;其他形式的信号如需送入dcs系统,则要用信号隔离器、电流变送器、电压变送器等信号转换设备将该信号转换为4-20mA或1-5V在送入dcs系统。

(1)热电偶AI输入点数统计

单支装配式热电偶或者单支铠装热电偶按1个AI点计算;双支装配式热电偶或者双支铠装热电偶需要在dcs系统显示同一测点的两个传感器温度按2个AI点计算,只显示该测点的一个温度按1个AI点计算;单支多点热电偶或多点热电偶常用于监测同一测点不同部位温度,热电偶有几个测量点则计算几个点热电偶AI输入。

(2)热电阻AI输入点数统计

热电阻AI输入点数统计方法和热电偶AI输入点数统计方法相同。

(3)标准电流、电压AI输入点统计

每一路送入dcs系统的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信号分别计算1个AI点,同时统计该输入信号对应的量程范围。二线制变送器(包括温度变送器、压力变送器、液位变送器、流量变送器等)因涉及DC24V供电,最好单独统计AI点数,方便dcs系统集成接线。

特别说明:在现场显示的压力表、双金属温度计、玻璃转子流量计等现场仪表不进入dcs系统点数计算。

2、dcs系统AO输出点数如何计算

AO指dcs系统或PLC发出的控制现场执行设备的模拟量输出信号。AO输出一般有4-20mA、0-20mA、0-5V、1-5V和0-10V五种类型,4-20mA为最常用dcs系统AO输出,AO输出通常接入电动执行机构、气动执行机构、变频器、电力调整器和工业控制模块等设备,通常每一个被控对象对应一路AO输出,AO输出点数与被控设备数量相同。

3、dcs系统DI输入点数如何计算

DI指进入dcs系统或PLC的开关量输入信号,DI输入必须是无源触点、TTL或CMOS电平信号,DI进入dcs系统或PLC后通常会接通DC24V或者DC48V查询电压。仪表专业DI输入通常来自现场电接点压力表、电接点双金属温度计、电接点水位计、液位开关、流量开关、火焰检测、电接点水位计等仪表的报警触点,每一个报警触点接入dcs系统时计算为一个点DI输入。

4、dcs系统DO输出点数如何计算

DO指dcs系统或PLC发出的控制现场设备的开关量输出信号,通常通过中间继电器再接入其他不同电压等级的用电设备。仪表专业DO输出常用于控制外部指示灯、电磁阀、声光报警器、电气控制和多回转电动执行机构、接触器等设备。dcs系统控制不同设备其所需要的DO输出点数不同,以下是常见被控对象I/O点数:

(1)开关型电动执行机构:每台执行机构阀位反馈4-20mA计算AI输入1点,阀门正转/反转控制计算DO输出2个点,阀门开到位/阀门关到位信号计算DI输入2个点 ,阀门开过力矩/关过力矩故障信号计算DI输入2点。

(2)开关型多回转电动执行机构(AC380V电源):每台执行机构阀位反馈4-20mA计算AI输入1点(如无反馈信号则不计算该AI点数),阀门正转/反转控制计算DO输出2个点,阀门开到位/阀门关到位(限位开关)计算DI输入2个点,执行器开过力矩/关过力矩故障信号计算DI输入2点。

(3)调节型电动执行机构:每台执行机构阀位反馈计算AI输入1点,阀门控制信号计算AO输出1个点,执行器故障报警信号计算AI输入1个点(故障报警常见于智能型电动执行机构,如无故障报警信号则不计算AI点数)

(4)调节型多回转电动执行机构:每台执行机构阀位反馈计算AI输入1点,执行器4-20mA控制信号计算AO输出1个点,ESD紧急控制信号计算DO输出1个点(ESD紧急控制信号常见于智能型多回转电动执行机构,如无此功能则不计算该DO点数),开过力矩/关过力矩报警信号计算DI输入点数2点。

(5)变频器:每台变频器频率反馈计算AI输入点数1点,频率给定信号计算AO输出1个点,运行/停止给定指令计算DO输出1个点,变频器故障报警计算DI输入1个点,故障复位计算1个DO输出1个点,变频器运行状态计算DI输入1个点。

如果变频器与通讯方式与dcs系统连接,则只需要计算1个通讯点,不需要计算其他点数。

(6)如dcs系统外接电磁阀、指示灯、接触器等设备,每个设备计算DO输出1点(如多个设备共用一个控制信号,通常通过增加中间继电器触点方式完成,只需要计算1个DO输出)。

dcs系统的选型设计调试

1、系统和控制器的配置要重点考虑可靠性和负荷率(包括冗余度)指标。通讯负荷率必须控制在合理范围内,控制器的负荷率尽可能均衡,避免“高负荷”问题的发生。

2、系统控制逻辑的分配,不宜过分集中在某个控制器上,主要控制器应采用冗余配置。

3、电源设计必须合理可靠。注意电源设计的负荷率和电源的冗余配置方式,保证两路独立电源。

4、注重dcs系统接口的可靠性,注意重要接口的接口方式和冗余度。

5、dcs系统接地按厂家要求执行,避免接地问题造成系统大面积故障。应注重考虑系统的抗干扰措施,I/O通道应强调隔离措施。重视电缆质量与屏蔽,重要信号及控制使用计算机专用通讯屏蔽电缆。

6、根据设备运行特点和各种工况下机组处理紧急故障的要求,配置操作员站和后备手操装置。紧急停机停炉按钮配置,应采用与dcs分开的单独操作回路。

7、对于保护系统,采用多重化信号摄取法。合理使用闭锁条件,使信号回路具有逻辑判断能力。

8、调试期间按照调试大纲、办法,对所有逻辑、回路、工况进行测试,确保各参数设置正确合理。

dcs系统常见故障分析与有效预防措施

一、故障分类

1、通信故障

dcs系统网络拓扑方式以及采用的通信协议多种多样,但就市场上不同品牌的dcs系统在网络组织架构上大多都分了两个层级:其一面向中央处理器以及其下的拓展分站(下位机),其二则是人机界面,诸如操作员、服务器、操作员站的各种站点(上位机)。通信故障通常表现为这样几种形式:系统死机、脱网、通讯中断等等。造成通讯故障的原因,常见的有以下三种:首先,dcs系统通信功能的运行大都是通过一个节点向另一个节点问询数据完成的,如果另一个节点没有该数据,它会一遍又一遍询问,直至读取数据,倘若网上并无此数据,网络就会被堵塞,通信就无法正常进行。其次,dcs组态欠缺,其应用软件伴随着科技的发展一直在增加,但实际上并没有和I/O点连接起来,因而CPU在读取数据过程中,即使读取了数据,但有效的也很少,这就给CPU带来了相当大的负荷,很容易造成网络被堵塞。最后,网络通信介质出问题、硬件升级驱动程序跟不上、运行环境温度过高等等因素都可能给通信造成阻碍。

2、硬件故障

硬件故障一般表现在过程控制层中,主要是整个系统中的模块,尤其是I/O受到了损伤。硬件故障表现会十分明显,所以比较容易察觉,它带来的影响通常只是局部的,像参数显示不变化就是硬件受损的表现。硬件受损多由于使用不恰当或者是使用时间太长导致原件老化所致。倘若dcs周边环境多尘、高温,会严重缩短其使用寿命,考虑到这一点,在安装dcs控制系统之前,最好保证土建、装修工程已经完工,倘或是在夏天,还要注意及时开启空调,或者在对dcs系统产品进行选型时针对复杂环境应重点考虑防护等级的问题。目前市场上很多品牌的dcs产品都已经开发了硬件的自诊断功能,可以直接在上位机上反映出出现问题的硬件所在位置,还可具体到哪一个通道出现故障,也对排除硬件故障带来了很多便利。

除了通道故障,硬件故障中也存在人机接口故障,人机接口故障具体表现有:鼠标无法正常操作,因为失效,所以操作人员使用非常不方便,造成这一状况的原因,可能是USB接口不稳定,也可能是计算机主板有问题。死机可能是因为dcs系统软件本身存在缺陷,也可能是因为CPU负荷太大所致,当这种情况发生的时候,要耐心分析其原因。功能键盘操作失灵,有时候会出现按键接触不良的情况,这时候键盘操作就不正常了。

3、软件故障

软件故障通常都是由dcs系统本身缺陷所造成,大都出现在dcs软件升级阶段初期。软件是dcs系统最复杂的一个部分,程序复杂,组态工作者多是交叉作业,如此一来,一旦沟通不到位,就会出现漏洞,软件错误就不可避免。dcs系统软件修改需要严格遵照规定执行,同时针对修改进行备份,如遇数据丢失,就可以借助备份进行修复。软件故障主要有以下三种:主CPU和从CPU的组态信息不相一致,致使CPU无法完成初始化;网络通讯压力过大,造成系统混乱;某元件更新后,相关的参数没有相应改变。

4、电源故障

电源故障会直接导致dcs系统控件功能失灵,停止运作,造成经济损失,控制电源不夸张地说就是dcs系统的“生命线”。一些尤其重要的电源如果发生故障,就会直接影响到保护逻辑以及其他控制逻辑有序稳定的工作,甚至会导致一些连锁关系的驱动元件误动作,造成严重生产事故。电源常见故障有:(1)接线头压接不牢或者接插不稳,出现接触不良状况;(2)CPU出现问题或者是保险配置不合理,使电源被切断;(3)电源线布线缺乏科学性,与那些有着强烈磁干扰的设施距离过近;(4)种种原因导致模件损伤。

二、预防措施

1、抗信号干扰

即使是轻微的信号干扰,也可能造成通信故障,影响系统工作,引发系统瘫痪,或者信号干扰直接干扰到进dcs的信号,从而产生误动作等等都会带来巨大损失,如何更好地抗信号干扰,可以预防采取这样一些措施:第一,在粉刷中央控制室四周的墙壁之前,有必要安装一层密集的钢丝网,接着再与PE接地系统相互连接起来,这样就可以有效避免强电磁场巨大的干扰。第二,动力设备最好不用串联的方式让它们接地,尽可能地让动力设备与接地线保持距离。第三,采用双回路冗余电源系统为dcs供电,始终保持UPS一直供电不间隔,提高电源、电路的总体抗干扰水平。第四,所有模拟量信号进dcs系统都必须用屏蔽电缆连接,屏蔽层需专门做好屏蔽接地,其对地电阻必须在1Ω以下。第五,尽可能屏蔽dcs系统周围的无线电。

2、UPS电源维护

定时借助红外线测温仪测量关键接线端子的实际温度,同时予以详细记录,如果有升温,要格外留心;借助万用表对电源电压进行测量,记录数据,如有波动,要格外留心;dcs系统检修或者停机阶段,及时进行切换实验,监测冗余CPU能否自动切换并处于正常工作状态;检查I/O模件,一些老化和腐蚀的电气连接件要及时更换;严格遵照电池使用规则进行充电或者是放电;对风扇进行检查,必要时进行清理,使风道能够畅通无阻。

3、dcs软、硬件系统运行和管理

(1)运行管理。所谓的运行管理就是指日常巡检、软件管理、备件管理等等。软件是dcs系统的核心,程序复杂,其组态和修改都必须依照规定执行,同时备份修改信息,防止因数据丢失所引起的故障;倘若遭遇dcs装置出现问题,需要用备件进行替换,安装使用之前,一定要对其功能有一个全面测试,避免整个系统故障再次发生。

(2)检修管理。检修管理重视检修工艺和检修程序,为了使dcs系统的稳定运行质量有所保障,能够长时间正常作业,必须定时定期进行大检修,例如软件备份、清扫电源、零部件清洁等等。

上述是贤集网小编为大家讲解的dcs系统接地原则及方法、点数计算方法、选型设计调试、常见故障分析与有效预防措施。希望这些知识能够帮助到大家!其实,dcs系统的维护是必不可少的,在对故障加以检查和维修的过程当中,需要避免有抢修冒进的现象出现,严格的将隔离设置好,同时遵守相关的操作准则。结合系统自动诊断以及报警的具体情况针对故障实施分析,继而更为良好的对故障加以解决。要是出现了大规模硬件方面的故障,应该对出现故障的设备加以及时的更换,之后联系相关专业技术工作人员对故障进行排除。要将网络通信崩溃以及DPU死机等方面的预防工作做好,设置科学合理的应急措施,保证电厂运行的安全性和稳定性。对dcs故障实施处理的过程当中应该严格按照机械制造厂商所提供的要求来进行,继而对跳线卡件实施及时的更换。

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