摘 要：DCS是聚酯裝置整個控制系統的核心，性能的穩定直接關系到聚酯裝置的安全生產，本文分析了聚酯裝置DCS系統在接地和電源方面存在的問題，并提出了對策。 關鍵詞：DCS 接地 電源 控制 1.前言 DCS全稱為Distributed Control System，即分散控制系統，又名集散控制系統，是集計算機技術、控制技術、通訊技術和CRT技術為一體的綜合性高技術產品，DCS通過操作站對整個工藝過程進行集中監視、操作和管理，通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制，既不同于常規儀表控制系統，又不同于集中式的計算機控制系統，而是集中了兩者的優點，克服了它們各自的不足，以高可靠性、靈活性、人機界面友好性及通訊的方便性等特點日益被廣泛應用。 洛陽實華合纖有限責任公司聚酯裝置采用國內專利工藝技術，酯化及縮聚反應采用五釜流程，停留時間長、反應平穩、各種工藝參數易于控制，緊急情況下緩沖余地較大，放流排廢和停工的幾率大大降低，生產操作過程中有極大的靈活性。 2.TPS系統概貌 聚酯裝置DCS系統采用國際著名的美國HONEYWELL公司的TPS系統，TPS全稱Total Plant Solution，即全廠一體化解決方案系統，是第一個將整個工廠的商業信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的自動化系統，它分為以下網絡形式： 1）工廠控制網絡PCN（Plant control network）,是開放的網絡系統，可以訪問過程網絡數據； 2）本地控制網絡TPN（TPS process network），也稱LCN，是TPS系統的主干網，PCN上的節點需通過TPN來訪問過程網絡的數據； 3）萬能控制網UCN（Universal control network），是TPS的過程控制網絡。 TPN （LCN）網上的網絡設備有： 全方位操作站（GUS），是TPS系統的人機接口，基于MS NT工作站的Native Window窗口，用于整個LCN系統的信息訪問，工廠信息通過PCN網絡訪問，GUS平臺支持過程操作和過程工程組態及設計功能。 網絡接口模件（NIM），提供LCN網絡訪問UCN網絡的接口，轉換LCN的通訊技術和協議到UCN的通訊技術和協議。 歷史模件（HM），TPS的文件服務器，支持TPN 網絡的系統活動、歷史數據和系統事件存貯，用于系統性能的監測、調整和故障排除。 UCN網上的網絡設備有： 高性能過程管理器（HPM），用于掃描和控制TPS系統過程數據，具有快速的內部處理器和大內存容量。 安全管理器（SM），用于實現工廠安全停車策略，可獨立操作，也可接入TPS系統。 值得注意的是NIM既是LCN網絡節點，又是UCN網絡接點，完成UCN網和LCN網的數據交換。 3.聚酯DCS的硬件配置 聚酯裝置根據生產工藝的需要，設置了4臺GUS工作站，其中3臺作為操作站，一臺作為工程師站。設置兩套分別冗余的HPM，一套作為聚酯主裝置的控制站，考慮到短纖裝置增壓泵在工藝上與聚酯裝置的關系非常密切，而且也由于DCS系統的高可靠性，在工程設計時將另一套HPM作為短纖裝置熔體增壓泵及聚酯輔助系統的控制站。 [align=center] 圖1. 聚酯裝置DCS硬件配置[/align] 主要硬件配置如下： 1）GUS操作站4臺 2）HM歷史模件1套 3）NIM網絡接口模件2套，互為冗余 4）HPM高性能過程管理器4套，2套互為冗余 5）LCN網2套，互為冗余 6）UCN網2套，互為冗余 7）HLAI高電平模擬量輸入卡件，14塊 8）AO模擬量輸出卡件，11塊 9）DI數字量輸入卡件，13塊 10）DO數字量輸出卡件，8塊 11）PI脈沖量輸入卡件，1塊 12）LLMUX多路低電平模擬量輸入卡件，2塊 4.DCS接地存在的問題 4.1 DCS接地的目的 在DCS系統中，接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法，在設計和施工中如能把接地和屏蔽正確結合起來使用，即能解決大部分噪聲問題。 接地有4個基本目的： 1）消除各電路電流流經一個公共地線阻抗時所接生的噪聲電壓； 2）避免受磁場和地電位差的影響，即不使其形成地環路，如果接地方式處理的不好，就會形成噪聲耦合； 3）使屏蔽和濾波有環路； 4）安全接地。 4.2 HONEYWELL 對TPS接地的要求 4.2.1 安全地 1）接地極應采用100mm2以上截面電纜連接到TPS系統PDP柜的接地母排。 2）接地母排以下的安全接地系統連接應采用20mm2以上截面電纜，且該電纜應帶黃/綠相間的絕緣護套。 3）從接地級到接地系統中任何終端（操作臺或機柜）的連接長度不超過152M。 4）本接地系統應為 TPS設備所專用,不應與其它無關設備混用。 5）對于非本安系統，應保證其接地樁的接地電阻不大于5。 6）對于本安系統（使用齊納安全柵），應保證安全接地（ACG）的接地電阻不大于0.1。 4.2.2 主參考地（MASTER REFERENCE GROUND） 4.2.2.1 主參考地的常規要求 1）本接地系統應為TPS專用，為獨立接地系統不應與其它無關設備混用。TPS系統中又稱為邏輯地。 2）對于非本安系統，應保證其接地電阻不大于5。 3）對于本安系統（使用齊納安全柵）,應保證主參考地（MRG）的接地電阻不大于1。 4）主參考接地樁與安全接地樁及其它地下金屬物體間的距離應大于3M，以保證有效的隔離。 4.2.2.2 主參考接地系統的連接 1）系統接地采用星形接構,視系統大小而定可在主星形板下掛輔助星形板, 但星形板的級聯不得超過兩級。HPM柜的接地應直接與星形板相聯，而不應采用鏈形（DAISY CHAIN）連接。 2）主參考接地極應采用100 mm2以上截面的電纜連接到控制室內的主星形板，且電纜的長度應控制在15M左右，該電纜應帶綠色絕緣護套。 3）主星形板以下的接地系統的連接應采用20 mm2以上截面的綠色絕緣護套電纜。 4）從主參考接地極到接地系統中任何一端HPM機柜的連接長度不得超過152M。 4.3 工程設計要求 4.3.1 安全地 1）安全接地極到接地母排電纜線徑設計院設計為16 mm2。 2）接地母排以下的線徑設計院設計為16 mm2。 4.3.2 主參考地 某設計院原設計要求接地電阻小于1Ω，MRG匯流排至接地極的電纜為16 mm2。在現場施工中，由于施工單位圖省事，僅打了三根接地極，且埋地深度不夠，更為嚴重的是離聚酯裝置電氣主接地網和2000KVA的10KV變壓器太近（最近的接地極距離變壓器只有5m），變壓器的電磁干擾嚴重影響主參考接地系統，2006年7月26日DCS上電以后，在DCS的UCN CABLE監控上產生大量的噪聲，且每日的累積數上升極快，嚴重影響到DCS系統的正常運行，在8月12日，出現UCN網故障，故障現象為“HPM ALIVE”,斷電后故障依舊，后故障自行恢復。8月23日，NIM15在6：02分出現故障，GUS操作站所有的數據全無，經查NIM15處一個UCNA電纜TAP頭上的終端電阻壞了一個，更換以后系統恢復，分析原因為主參考地接地系統不符合硬件廠家的要求。 4.3.3 接地系統的整改 針對出現的問題，我們重點對接地網的位置、接地網的施工、接地線線徑等方面進行整改。 根據DCS廠家的要求，主參考地接地網應遠離大的電磁干擾源，我們對接地網的選址進行慎重考慮，由于現場場地的限制，為滿足既遠離干擾源，又滿足接地電阻的要求，將原來的三根接地極廢棄，另擇新址，共打了7要接地極，接地極互相連為三角形的網狀，在任何連接偏鐵腐蝕斷裂的情況下，也能保證任一根接地極與接地網相連。 此次重新打接地網，公司安排專人全程監督施工過程，要求接地極打入深度不低于3m，接地極間距為3m，連接偏鐵為L40的鍍鋅偏鋼，連接偏鐵壕溝深度不低于800mm，焊接時要求四面施焊，焊口用涂瀝清防腐。 由于各級接地線徑過細，不符合硬件廠家要求，統一將各級接地線更換為符合HONEYWELL規范要求的接地銅線。 經過以上各項目的整改，DCS運行情況大為好轉，從GUS工程師站上監控的UCN CABLE網絡噪聲從改造前的每日200-500個左右，降為0，且至今沒有出現一個噪聲，對以后DCS的運行提供了可靠的保證。 5.DCS電源系統 根據設計院的設計和HONEYWELL廠家的要求，DCS各部分的電源從UPS配出，UPS后備時間為30分鐘，在裝置停電或晃電時，保證DCS系統用電正常，滿足裝置停工過程中現場儀表和DCS系統用電需要。HPM用冗余穩壓電源，保證任何一個電源模塊出現故障時，另一冗余電源工作正常，不影響HPM的運行。但由于設計和硬件集成時考慮不周,整個DCS系統電源部分存在諸多問題。下圖為整個DCS供電系統圖。 [align=center] 圖2. 聚酯DCS供電圖[/align] 5.1 DCS電源問題分析 1.DCS系統所有設備均由一臺UPS供電，一旦UPS故障停機或UPS總配電開關QF01故障跳閘，所有DCS系統將全部掉電，所謂的NIM、HPM、GUS等冗余起不到任何作用，系統將陷入癱瘓狀態。如某煉油廠重整裝置在2006年夏季時，由于UPS故障停止向DCS供電，導致裝置失控被迫停工。 2.對DCS運行至關重要的兩互相冗余的NIM電源用同一個空氣開關QF06供電，一旦由于NIM卡籠箱內部短路或空氣開關的故障而導致QF6跳閘，NIM15/16將同時掉電，所有現場與GUS之間的數據無法進行交換，整個DCS系統也將陷入癱瘓狀態。 5.2 DCS電源系統整改對策 由上面的分析可知，DCS電源部分存在的問題主要在于在硬件冗余的情況下，由于總電源或電源開關為共用，當電源故障時，硬件冗余起不到任何作用。改造思路如圖虛線所示，DCS各冗余硬件HPM09/10、HPM11/12、NIM15/16的電源分別由UPS和市電供電，HPM09、HPM11、NIM15電源由UPS供電，而HPM10、HPM12、NIM16的電源由市電經穩壓電源供電，由于以上設備均為互相冗余的設備，這樣可以保證UPS及其斷路器、市電及其穩壓電源以及三組冗余設備中的任何部分出現故障，DCS能夠正常運行，真正實現電源冗余、設備冗余。這種方案要求UPS和市電分別從低壓配電系統的兩段母線上配出，可以最大限度的保證供電正常，對于目前絕大多數連續生產的化工裝置電網采用的雙回路分列運行的系統，均能滿足要求。整改方案如圖3，虛線為改造部分。 [align=center] 圖3. 聚酯DCS供電改造方案[/align] 6.結束語 DCS系統的穩定可靠運行對聚酯裝置的安、穩、長、優生產起著至關重要的作用，接地和電源方面是多數設計院和硬件集成商在工程設計、安裝時考慮最容易忽視的兩個方面。而這兩個方面確對DCS穩定運行起著至關重要的作用，整改以后，DCS運行穩定，并可徹底解決了UPS故障而引起DCS癱瘓的后顧之憂。