提升DCS的可靠性及线缆选择、敷设接地技术措施

导 读
集散控制系统DCS以灵活性、可靠性、控制功能齐全、人机界面友好性及通讯的方便性，广泛应用在炼化企业等自动化生产控制领域。炼化企业的生产工艺系统检测点多，“两重点一重大”控制逻辑尤其复杂，需要检测和控制的参数多，控制精度和稳定性及可靠性要求更高，因此传统的仪表控制系统难以胜任其控制和检测要求，需要进一步提高项目应用集散控制系统DCS的可靠性。
提高DCS系统可靠性措施

该项目DCS一旦运行异常，可能会导致生产装置失控，引起电解槽跳停，甚至在氯气处理及反应、液氯包装时发生氯气泄漏，造成毒气泄漏等不可预知的事故，因此在系统设计时的系统设备选型、系统供电方案选择，以及施工时的线缆敷设、接地施工等方面采用了诸多提高系统可靠性的技术措施。01
硬件技术
为了提升DCS硬件的可靠性，该项目DCS制造商采取了提高硬件质量的技术措施，如对元器件进行严格的筛选、老化元器件的降额使用、充分考虑到参数变化的影响、采用低功耗元件、噪声抑制技术等。02
电源冗余
供电可靠性是保障DCS运行的关键因素之一，该项目采用互为备用的双电源，即一路市政电网电源，一路发电机供电电源，且采用了两台不间断电源UPS，UPS1和UPS2也互为备用、自动切换，实现市政电网电源、发电机电源和UPS电源对控制系统同时供电，提高了电源的可靠性。

根据以上设计，平时由市政电网电源并经UPS向控制系统供电，当市政电网电源回路出现故障时，切换到UPS所在发电机供电回路继续供电保持正常工作；即使两路电源同时出现故障，可切换到UPS的蓄电池供电，通过UPS蓄电池供电仍可保证控制系统能正常运行2h，大大增强系统电源的可靠性，确保工艺联锁保护动作，避免不必要的损失和事故发生。
03
系统冗余
冗余技术是提高DCS可靠性的重要手段。系统冗余采用自动后备方式，设置另外一套或几套备用控制装置。当系统处于运行状态时的自动控制装置发生故障时，备用控制装置自动投入，维持系统的自动控制。自动后备是冗余系统的一种方式，冗余有主控单元冗余、网络冗余、I/O模块冗余、操作员站冗余、服务器冗余等。

①控制单元冗余
互为冗余的两块主控制卡软件、硬件完全一致，执行同样的系统软件和应用程序，在工作/备用冗余逻辑电路的控制下，其中一个运行在工作状态（工作卡），另外一个运行在备用状态（备用卡）。互为冗余的主控制卡都能访问I/O和过程控制网络，备用模式下的主控制卡执行诊断程序，监视工作卡的状态，通过周期查询工作卡件中的数据存储器，接受工作卡发送的实时控制运行信息。故障处理时冗余配置的卡件，在确定主卡工作正常的情况下，重新插拔，如软故障则可消除，如为硬故障则无法消除，需更换同型号的卡件。

②网络系统冗余采用冗余网卡和冗余网络接口，正常工作时，冗余的两条数据高速通路同时并行运行，自动分摊网络流量，并考虑了负载均衡的冗余设计，使系统网络通信带宽提高。当其中一路故障（网卡损坏或出现线路故障）时，另一路自动地承担全部通信负载，保证通信的正常进行。 ③操作站冗余根据各工艺控制要求DCS系统配置多个操作站，实现并行操作，而各自又独立执行任务。 ④DCS系统I/O板卡冗余在DCS系统中通常根据工艺控制参数重要性配置I/O模块数据采集卡冗余输入。
DCS线缆选择及敷设接地技术措施

01

根据信号选择电缆型号及规格

（1）控制盘、台、继电器柜等内部连接线，应选用铜芯聚氯乙烯绝缘电线。需经插件的连接线（或FK型切换开关的连接线），应选用铜芯聚氯乙烯绝缘软线。（2）热电偶至冷端补偿器、恒温箱或直接与仪表的连线，应选用热电偶丝延伸线或与热电偶丝的热电特性相匹配的补偿导线。（3）模拟量输入输出信号和低电平的开关信号应使用屏蔽电缆连接，信号电缆截面积应大于等于0.75mm2。（4）高电平（或大电流）开关量的输入输出信号可用一般对绞电缆（控制电缆）连接。
02

电缆敷设

电磁干扰已成为影响DCS控制系统稳定性、联锁正确动作的重要因素。在抗电磁干扰中，要严格按照强、弱电电缆分层排放的原则进行电缆敷设。具体要求如下：（1）高电平开关量信号应与模拟量信号、低电平开关信号线缆分开敷设，不应共用同一电缆桥架，也不应与强电回路合用一根电缆或敷设在同一根保护管内。（2）不同信号或不同电压等级的电缆，不宜在同一层电缆桥架中敷设，当在同一层电缆桥架中敷设时，应用隔板隔开。（3）控制器及I/O卡件输入输出信号电缆应敷设在槽盒中，槽盒本体应保证接地可靠。单根信号电缆应在钢制导管中敷设，导管应保证接地可靠。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。（4）信号电缆与电力电缆交叉敷设时，宜成直角；与电力电缆平行敷设时，两者之间的最小允许间距应符合如下规定。

（5）在现场信号线接到DCS端子前，须测量电缆绝缘电阻，检查有无异常的干扰信号。尤其装置施工尚未结束前，电焊机或电气强干扰信号更多，以免引入烧坏隔离器、模件。
03

接地措施

01
信号源在现场不接地施工措施信号源在现场不接地的测点，屏蔽线的屏蔽层应按下列方法接地：（1）对绞屏蔽线的单根屏蔽线的测点，其屏蔽层应在机柜侧接地。（2）采用对绞多芯屏蔽电缆传送信号的多个单根对绞屏蔽线的测点，每个单根屏蔽线的屏蔽层和多芯电缆的屏蔽层接在一起后在机柜侧接地。（3）屏蔽线中间有接线端子的测点，中间端子处屏蔽线的屏蔽层应可靠地接在一起后在机柜侧接地。
02
信号源在测量现场接地施工措施信号源在测量现场接地的测点，屏蔽线的屏蔽层应按下列方法接地：（1）信号线选用单根对绞屏蔽的屏蔽线的测点，屏蔽层在测点就近的现场接地。（2）采用对绞多芯屏蔽电缆传送信号的多个单根对绞屏蔽线的测点，每个对绞屏蔽的单根屏蔽线的屏蔽层和多芯电缆的总屏蔽层接在一起后在现场附近接地。（3）屏蔽线中间有接线端子的测点，中间端子处屏蔽线的屏蔽层应可靠地接在一起。
03
信号线接地方法模拟仪表和DCS系统共用传感器时，引向模拟仪表的信号线和引向DCS的信号线均应选用屏蔽线。其屏蔽层应按下列方法接地：（1）当信号在现场接地时，引向DCS的屏蔽线的屏蔽层和引向模拟仪表的屏蔽线的屏蔽层接在一起后在信号源侧接地。（2）当信号源在现场不接地时，引向DCS的屏蔽线的屏蔽层和引向模拟仪表的屏蔽线的屏蔽层接在一起后在机柜侧接地。
04

防静电施工

DCS机房需要进行防静电地板施工，一般高度为300mm～500mm，用铜接地电缆把静电板骨架引至铜接地网的接地端子板上（静电地板下）。在防静电地板下，可铺设钢制走线槽，方便从现场接入DCS的信号线缆走线，同时起到电磁屏蔽的作用。DCS系统的插件和卡件安装时，注意采取防静电措施，如配戴防静电手腕或不要直接用手接触卡件上的元器件、焊点，避免因操作不当产生静电而烧坏线路板上的电子元件。
05

防雷隔离器施工

如果企业地点在雷电多发地区，为避免电缆引雷而导致控制系统的瘫痪，增加电源与信号防雷隔离器，使模拟信号传输的可靠性及仪表电源安全性提高。DCS中指令的电源接地直接接至大地，而电动调门的地线不接地，导致电源不匹配使得调门不能正常动作，加装隔离器后DCS的电源浮空。
06

接地技术要点

DCS系统对接地要求比较严格，在现场接地施工时，严格按照DCS厂商的接地规范，否则会影响DCS系统的可靠性。对DCS系统现场接地时应注意以下几点：


（1）I/O（输入/输入）柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位联结。
（2）保护接地电缆必须符合DCS厂商的要求，并要求接地接到机柜内专用的接地螺栓上。（3）系统接地与屏蔽接地不能在机柜汇合，必须单独接到接地网。（4）柜间接地不能用机柜拼接螺栓代替，必须用接地汇流排连接。（5）接地应牢固可靠，汇流排要求采用铜排。（6）接地电阻符合DCS系统要求，并应进行严格的测定，接地电阻值不应大于1Ω。（7）严格按照DCS厂商规定的接地线线径进行接地，且严禁串联。
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