DCS安装维护经验

陈元

(重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221)

DCS安装维护经验

陈元*

(重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221)

DCS;防雷；接地；电源；隔离

从DCS防雷接地、控制室环境、电源配置、安全栅选型、DI/DO隔离、网络交换机配置等方面介绍了保证DCS稳定运行的安装维护经验。

DCS是控制技术、计算机技术、通信技术、图形显示技术相结合的产物。从结构上划分，完整的DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由现场控制站、通信监控网络及其服务器、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分；操作级包括操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态；管理级主要指工厂管理信息系统(MIS)。

由于DCS的特点是集中显示、分散控制，故容易受雷击、干扰、鼠害等影响造成故障，引起生产系统停车。重庆映天辉氯碱化工有限公司(以下简称“重庆映天辉”)从2014年使用第一套JX-300XDCS开始，到目前已使用了6套DCS。遇到了如下事故：电气强电进入导致DCS机笼、卡件烧坏，雷击导致主控卡和卡件损坏，操作站计算机故障导致系统网络风暴事故。为确保DCS安全稳定运行,结合DCS安装维护经验，笔者谈谈自己的认识。

1 DCS接地

1.1 系统接地原则

一个系统只允许一点接地，一般与电气接地网共地。DCS接地分为保护地、屏蔽地、本安地。安装时，要严格区分不同性质的接地，做到不混接。不同性质的接地用分干线接入各自的汇流板(或直接接入总的汇流板)，各汇流板用总干线接入公共接地极(网)，再汇入一点接地。DCS接地示意图如图1所示。

1.2 对公共接地极(网)的要求

(1)当厂区电气接地网对地分布电阻≤4 Ω时，可将厂区电气接地网当作DCS的公共接地极(网)。

(2)当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS的公共接地极(网)。

(3)没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4 Ω；有本安地的小于1 Ω。

(4)接地极周围15 m内无避雷地的接入点，无电焊地接入点，5 m内无 30 kW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起。

图1 DCS接地示意图

1.3 接地连线要求

(1)接地汇流排必须使用绝缘材料固定于地面，不得触及其他导电介质。

(2)接地装置的室外部分须电焊连接，并涂保护漆。

(3)单机接地线的截面积要大于4 mm2，总接地线的截面积应大于10 mm2。

(4)接地线须使用带绝缘皮的铜导线。

2 DCS控制站布置要求[1]

DCS机房和操作站应尽可能远离电磁场和机械振动大的地方，不与大功率电动机、变频器为邻。机房屋顶要有避雷带等防雷设施。若机房离大功率电动机、变频器等产生电磁场的设备较近，机房地面应铺金属板，墙面应铺金属网并接地，预防电磁干扰。机柜与屋顶的距离应不小于500 mm，机柜侧边距和前后离墙壁或窗户的距离应不小于1.5 m。操作台与周围窗子或墙壁的距离应不小于1.5 m。控制室应保持清洁，注意防尘，控制室的门窗应密封良好，并要安装空调和防静电地板。控制室环境温度保持在0～40 ℃，相对湿度保持在40%～90%为宜。

3 现场信号电缆及敷设要求

3.1 现场信号电缆分类

现场信号分为模拟量信号、开关量信号与数据通信信号。模拟量信号包括模入和模出信号。此类信号应使用屏蔽电缆连接，信号电缆芯的截面应不小于0.75 mm2。开关量信号包括开入和开出信号。低电平的开关信号应使用屏蔽电缆，信号电缆截面应不小于0.75 mm2；高电平(或大电流)的开关量的输入输出信号可用一般电缆(控制电缆)连接，但应与模拟量信号、低电平开关信号分开，单独走电缆槽。强弱电不能混用同一电缆。

3.2 电缆敷设要求

电缆敷设原则是强弱分开，单端接地。

(1)电缆应敷设在带盖的电缆槽中(或穿管敷设)，电缆槽道及盖板应保证良好接地。单根信号电缆穿钢管或金属软管敷设，电缆管要保证良好接地。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽。

(2)屏蔽层接地的原则为一端接地，屏蔽层接地有2种方式：在传输模拟信号、脉冲频率信号时，若信号源没有接地，屏蔽电缆应在控制室一侧接地；当信号源本身接地时，如接地热电偶、pH计电极等，屏蔽电缆应在现场信号源一侧接地。

(3)仪表信号电缆与动力电缆交叉敷设时，宜成直角。平行敷设时，若动力电缆有屏蔽层，两者之间的距离一般为150 mm；若动力电缆无屏蔽层，两者之间的最小允许距离按表1执行。

表1 仪表电缆与动力电缆最小平行线间距

(4)电缆在电缆沟内敷设时，必须严格按一定层次敷设，自下而上分层排列的顺序是：动力电缆、控制电缆、信号电缆(屏蔽电缆)。

3.3 接线规范和工艺要求

(1)本安接线：本安回路在机柜内应单独使用汇线槽，如配端子柜时应单独使用端子排，不能与非本安回路混用。

(2)电缆屏蔽的处理：每根电缆的屏蔽层应剥开后,套上热缩套管，在机柜底部的屏蔽地汇流排处使用接线片连接，并保证是单端接地。

4 DCS电源

DCS电源必须要双路电源供电。市电在进入UPS电源前，应安装浪涌保护器，防止雷击。双电源全部选用在线式UPS电源。在线式UPS电源工作原理是在市电正常时，市电经突波吸收滤波电路→交流电转换直流电电路→直流电转换交流电电路→转换交流电输出供应负载，同时对电池充电。一旦微处理器控制电路侦测到市电中断， 则立即由电池放电→直流电转换交流电电路→转换交流电输出供应负载。如果微处理器控制电路侦测到UPS故障，则UPS会由继电器跳至旁路，由市电供应负载电力，并发出声响警告使用者。这样，可做到即使市电中断或UPS电源故障，也可给DCS供电。同时，净化了电源，使其不受市电的电压、频率、谐波干扰。

DCS I/O机柜、安全栅柜为双路电源供电，分别由两个UPS电源供电。服务器、工程师站、操作员站由两个UPS电源经切换装置后进行供电，确保即使有一路UPS电源出故障，也不会因计算机失电而影响操作人员操作。

DCS供电电气原理如图2所示。

图2 DCS供电电气原理图

Fig.2 Electrical schematic diagram of DCS power supply

5 安全栅选型

在生产现场，难免存在易燃易爆气体，这就要选用安全栅。在选用安全栅的同时，应考虑雷电通过现场仪表或电缆线传输至DCS I/O柜，对DCS造成损坏，引起系统停车。如果DCS每个I/O点都加浪涌保护器和安全栅，则造成安全栅繁多，接线混乱，容易出故障。重庆映天辉采用了上海某公司LBGS8000-EX系列浪涌保护隔离栅。在GS8000-EX系列隔离式安全栅设计和制造的基础上，在产品本安侧加上浪涌保护功能，将信号浪涌保护和隔离式安全栅功能合二为一，使用更安全、更经济、更方便。如开关量输入、继电器输出浪涌保护隔离栅LBGS8011-EX，开关量输出浪涌保护隔离栅LBGS8023-EX，变送器、电流源输入浪涌保护隔离栅LBGS8047-EX，4～20 mA输出操作端浪涌保护隔离栅LBGS8067-EX，可编程热电阻输入浪涌保护隔离栅LBGS8071-EX，可编程热电偶输入浪涌保护隔离栅LBGS8072-EX。

6 DI/DO隔离

根据工艺控制要求，越来越多的电气开关量点接入DCS，参与连锁控制。大量的电气强电开关量点接入DCS，稍有不慎，轻则烧坏卡件，重则引起系统停车。为避免此类事故发生，要对强电开关量点用继电器进行隔离。对于DI点，在电气配电柜取一对AC 220 V有源触点，带动DCS机柜中相应隔离的继电器，再取该继电器无源触点进入DCS；对于DO点，从DCS取一对DC 24 V有源触点，带动DCS机柜中相应隔离继电器，再取该继电器无源触点到电气配电柜。电源根据控制要求由电气提供，带动配电柜相应的继电器，实现控制功能。

7 网络通信[2]

对于DCS，控制站与控制站之间、控制站与服务器之间、服务器与操作站之间等，靠网络交换机、网络线和网卡进行通信。DCS机房避免不了老鼠的存在；另外，操作站计算机配置再好，也有可能会出问题。由于老鼠对网线的侵害造成网线短路或计算机网卡故障导致网络风暴，都会引起DCS故障，导致系统停车。为了避免出现类似故障，在配置交换机时，选用隔离式网络交换机，可将网络故障控制在某一点上，这样就不会引起DCS网络风暴而导致系统停车。

8 结语

由于DCS在工业控制中的核心地位，在配置DCS时，对防雷接地、控制室选址、电源配置、安全栅选型、DI/DO隔离、网络交换机配置等环节都应进行充分考虑，避免控制系统在运行过程中出现各种问题，确保DCS的安全、可靠运行。

参考资料

[1] 何衍庆，黄海燕，黎冰.集散控制系统原理及应用[M].3版.北京：化学工业出版社，2009：6.

[2] 斯可克，黄德敏，张云贵.现场总线应用疑难解答[M].北京：中国电力出版社，2006：10.

[编辑：董红果]

Experience in DCS installation and maintenance

CHENYuan

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

DCS; lightning protection; grounding; power supply; isolation

The experience in installation and maintenance of DCS to ensure its stable operation was introduced, including lightning protection grounding, environmental conditions in control room, configuration of power supply, selection of safety barrier, DI/DO isolation, and configuration of network switch.

2017-02-07

TQ056

B

1008-133X(2017)03-0040-04

*[作者简介] 陈元(1971—)，男，助理工程师，1992年毕业于四川仪表工业学校自动化仪表专业，2005年毕业于重庆航天职业技术学院经济管理专业，现任重庆市映天辉氯碱化工有限公司机电仪车间书记，从事车间管理、仪表设备管理工作。