影响DCS系统安全运行的因素及措施探讨

2019-01-16孙隆宇

中国设备工程 2019年4期

孙隆宇

（大庆油田有限责任公司天然气分公司油气加工十大队，黑龙江大庆 163000）

随着现代科学技术的不断进步，我国很多石化企业也取得了快速的发展，为了提升企业运行的安全性能，很多企业已经普及了DCS系统。该系统的应用使得企业的相关设备运行的更加平稳，而且整体的生产工艺也得到了进一步的优化，促进了石化企业生产作业自动化水平的提升。

1 控制器和I/O卡件的问题

DCS系统正常运行的核心部分就是控制器和I/O卡件，因此，在DCS系统系统设计的过程中就针对上述两个部分留足安全裕度，这样才能充分保证系统运行的安全性，通常情况下应该满足以下几个要求：第一是要保证系统在运行的过程中通讯网络整体的负载不能超过60%；第二是要保证系统的I/O站内主CPU运行过程中实际的负载不能超过系统的60%；第三，系统实际运行过程中内存的负载不能超过60%；第四是要保证系统I/O站内的电源以及仪表电源实际运行的负载不能超过60%。

（1）系统关键部分应该实现冗余配置。这对系统的主控卡、通讯卡、电源卡以及控制回路等位置要实现全面冗余配置，而且在进行关键部位卡件选择的时候一定要选择带有隔离、抗干扰以及屏蔽功能的卡件，这样关键位置的卡件才能具备良好的抗共模干扰以及差模干扰能力，而且能够有效的将窜入的干扰信号的排出在系统外。如果系统的I/O卡件中没有按照1：1的比例进行冗余配置，而是采取了1：n的冗余配置方式的，也就是说在系统的运行过程中只有一块备用的卡件，而这个备份卡件需要同时为其他n块卡做被备份，这样在系统进行主卡以及备用卡件切换的时候需要及时进行处理，这样才能避免备用卡长期处在占用的状态，从而导致主卡在出现故障的时候无法实现切换。

（2）要合理设置控制器的扫描周期。在进行控制器扫描周期组态选择的时候主要的依据就是信号的性质，例如，如果信号属于温度信号，那么其扫描周期就可以设置为2-10s的范围内，而如果信号是打大信号，那么其扫描周期的设置可以更加快，一般情况下设置为0.5s或者1s，这样的设置方式可以有效减轻系统的运行负载，提升了系统运行的稳定性，同时也能保证控制器处在最佳的工作状态。

（3）要定期更换控制器内存的电池。为保证系统运行的稳定，要结合系统的实际要求来定期更换内存电池，这样才能保证控制器在出现异常状况的时候不丢失数据，在系统再次给电的时候就能形成正确的引导。

2 操作站问题

（1）风扇问题。对操作站内注入电源、CPU等部件的风扇要定期进行检查和保养，这样才能保证操作站在运行的过程中不会因部件散热不好而对系统正常运行造成影响。

（2）硬盘问题。针对操作站内的硬盘可以合理的使用“数据克隆”技术，例如，针对操作站的FOXBORO I/A系统中的硬盘，可以通过将硬盘中的数据首先导入到磁带后，再将其通过磁带导入到新的硬盘中，而操作站中的一些系统可以直接实现硬盘数据的“克隆”，或者利用镜像将数据进行转移。这样就可以将操作站的系统软件以及组态软件进行有效备份，从而保证了操作站在出现硬盘损坏现象的时候能够及时地进行系统更换。

（3）键盘和密码问题。针对操作站内的一些软启动键、视窗键以及操作不能使用的按键等功能键一定要使用更改注册表信息的形式进行有效额屏蔽。针对操作站内工程师用户口令以及用来退出操作界面的口令也要不定期地进行更换，这样才能防止一些不是进行DCS系统维护的相关人员在破解口令后侵入系统进行一些非常规的操作。

3 接地问题

3.1 防止由保护接地引入的干扰

（1）接地体的设置。通常情况下都会将DCS系统的接地先连接到全厂统一的接地网中。但需要注意的是在接地点周围不能存在大型的变压器或中频的电器设备。如果全厂的接地网络不能满足DCS系统接地的实际要求，或者有特殊的抗干扰要求，那么就应该单独进行DCS系统接地。

（2）DCS的电源接地。如果DCS系统的供电电源是三相四线式的隔离变压器或者UPS，就必须要保证其接地线是中线，这样才能避免因为系统整体的负荷在不平衡的情况下造成相位或者电压的漂移，从而对DCS系统的运行造成一定的干扰。但如果DCS系统的供电电源来自单相的变压器或者UPS，而且DCS系统的保护地是与全厂的统一接地网连接在一起，那么系统的电源可以不接地，但是一定要采用浮空电源，这样就能有效避免设备使用统一接地网而对DCS系统运行造成干扰；如果DCS系统的保护接地是单独进行的，那么就要将其电源的零线与保护地连接在一起，这样就能充分避免因为产生地电位差从而干扰DCS系统的正常运行。

3.2 工作接地问题

如果DCS系统工作接地出现错误，就会导致仪表的信号出现偏离，这样不仅会影响DCS进行正常采样还会影响DCS系统的指示，另外，信号偏离还会造成本安防爆系统的性能下降，鉴于此，正确的工作接地操作如下。

（1）接地电阻与要求不符造成的干扰。针对系统中的非本安防爆系统或者使用严格的隔离式安全栅的本安防爆系统，只要保证接地电阻不超过4Ω就能满足系统实际的运行要求，但需要注意的是必须要将信号电缆屏蔽层以及多芯电缆中的备用纤芯与工作地铜排进行连接，还要将其与用来进行接地保护的汇流铜排单独与 DCS保护地进行连接。如果安全栅采用的是齐纳形式，那么要保证其工作接地的电阻不能超过1Ω。如果系统不能达到这一指标就可能会因为现场与控制室之间存在电位差而对变送器的信号形成影响，从而影响DCS系统的正常运行，设置会引发严重的安全事故，因此，可以通过将系统仪表的工作地进行汇总后将其与保护接地体进行连接，这样就能使系统达到指标。

（2）不同的信号系统连接后造成干扰。针对系统中的非本安防爆系统或者使用严格的隔离式安全栅的本安防爆系统，如果要将其信号与DCS系统的公共信号地进行连接，要采取有效的措施将其输入的负极进行浮空，这样就能避免对DCS系统的信号显示和输出造成影响。

（3）接地电阻问题。DCS系统保护接地以及工作接地形式的不同其要求的接地电阻上限也不相同，因此在进行DCS系统接地体的时候一定要保证其与系统的实际要求相符合，同时还要综合考虑各种影响因素。因为，接地体在工作的过程中会受到来自土壤、气候等环境因素的影响，另外，灰尘或者接地接头出现松动也会对接地电阻造成一定影响，导致接地电阻出现变化，从而对系统化的正常运行造成影响。针对这种现象，要定期对DCS系统的接地电阻进行测试，查看其是否能满足系统运行的要求，这样才能保证DCS接地状态良好。

（4）接地回路多点接地引起干扰。接地位置不同必然会造成地电位差出现，而如果接地点超过2个，就会形成地回路，地回路会引发一个虚假的信号，该虚假信号会与仪表的测量信号叠加，从而对DCS系统的正常运行造成干扰。如果将一根导线屏蔽层的两端分别接地会造成两点之间形成一个电位差，从而与屏蔽层构成一个回路，从而再分布电容耦合的作用下对信号造成的干扰。解决上述干扰的措施：在进行系统工作接地的过程中一定要遵循单点接地的基本原则，而且还要保证信号回路的接地与屏蔽层的接地处在同一端，通常情况下都会采用将接地设置在控制室一侧。而针对需要同时将信号源与控制端进行接地的仪表系统，在进行接地的时候要采用隔离配电器或者使用安全栅将接地点进行电气隔离。