尿素廠DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用及其故障探析

羅燦燦

摘 要：整個系統(tǒng)采用控制環(huán)節(jié)分散、數(shù)據(jù)處理集中的方式，即多操作站的DCS系統(tǒng)。每個控制系統(tǒng)按生產(chǎn)線集成控制系統(tǒng)的一個控制站的原則建立，完成造尿素各工段的過程自動控制。本文主要探討造尿素廠DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用及其故障。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng) 軟件 故障

近年來，在我國造尿素行業(yè)廣泛采用PLC+DCS形式的集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用集散控制的多臺PLC分擔(dān)了系統(tǒng)功能，并將危險(xiǎn)性分散。此外，還采用功能強(qiáng)大的工控機(jī)作為面向操作人員的操作站，人機(jī)界面友好、操作方便，并通過輸入設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)過程的安全可靠、高質(zhì)高效。這些控制系統(tǒng)的主要控制對象是造尿素生產(chǎn)中的各種參數(shù)。每個控制系統(tǒng)既有相對的獨(dú)立性，又彼此互相聯(lián)系。通過系統(tǒng)總線各車間和各工段的DCS連成一個網(wǎng)絡(luò)。由PLC和PC機(jī)組成的DCS在造尿素過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛[1]。

一、DCS 的概念

DCS 即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）。 它的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即：計(jì)算機(jī)-Computer、控制-Control、通信-Communication、CRT顯示技術(shù)。DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來，以完成對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理。各DCS系統(tǒng)主要由基本I/O單元、過程主站、操作站、報(bào)警站、操作終端、顯示器、報(bào)警打印機(jī)和報(bào)告打印機(jī)組成，再加上生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成一個完整的造尿素生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)[2]。

二、造尿素廠DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用

1.JX-300XP DCS 系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)

通行的 DCS 控制系統(tǒng)采用三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：最上層為信息管理網(wǎng)，采用符合 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計(jì)算機(jī)，用于工廠級的信息傳輸和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。中間層為過程控制網(wǎng)，采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)， 連接操作員站、工程師站與控制站等，傳輸各種實(shí)時(shí)信息。 底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，采用主控卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道。

2.JX-300XP DCS 的系統(tǒng)軟件構(gòu)成及其組態(tài)

Advan Trol-Pro 軟件包，可分為兩大部分。 部分為系統(tǒng)組態(tài)軟件，包括：用戶授權(quán)管理軟件、系統(tǒng)組態(tài)軟件、圖形化編程軟件、語言編程軟件、流程圖制作軟件、報(bào)表制作軟件、二次制作軟件、Modbus 協(xié)議外部數(shù)據(jù)組態(tài)軟件等；另一部分為系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控軟件，包括：實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)通訊軟件、報(bào)警記錄軟件、趨勢記錄軟件、Modbus數(shù)據(jù)連接軟件、OPC數(shù)據(jù)通信軟件、OPC服務(wù)器軟件、網(wǎng)絡(luò)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸軟件、歷史數(shù)據(jù)傳輸軟件等。DCS 的組態(tài)過程是個循序漸進(jìn)、 多軟件綜合應(yīng)用過程，在應(yīng)用AdvanTrol-Pro 軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，可針對系統(tǒng)的工藝要求，逐步完成。主要應(yīng)注意：①數(shù)據(jù)庫點(diǎn)組態(tài)與對應(yīng)通道連接的現(xiàn)場信號一定要相匹配；②PC機(jī)內(nèi)存應(yīng)足夠大，以免系統(tǒng)繁忙時(shí)引起系統(tǒng)管理混亂。

三、故障與措施分析

1.站地址設(shè)置

主控單元背部接線端 ，有兩個 6 位撥碼開關(guān)， 分別用來設(shè)定冗余主控單元的站地址， 從下到上依次為第1～6 位，用于設(shè)置主控單元站號，ON 為 0，OFF 為 1，雙機(jī)系統(tǒng)，兩個撥碼開關(guān)要設(shè)成一致。

2.接地

保護(hù)地、屏蔽地、系統(tǒng)地必須正確連接。 保護(hù)地是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、 避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。 屏蔽地可以把信號傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號質(zhì)量。

系統(tǒng)地就是I/O 級設(shè)備的 24VDC 或 5VDC 的工作電源地。是為DCS 電子系統(tǒng)提供可靠性和準(zhǔn)確性的參考點(diǎn)。

3.I/O 卡件與安全珊的關(guān)聯(lián)

在許多工業(yè)現(xiàn)場為易燃易爆的場合，在信號通道上要串入安全柵以限制進(jìn)入危險(xiǎn)場所設(shè)備電能量，保證安全。接入負(fù)載時(shí)要考慮真正負(fù)載的要求以外，還要選擇合適的安全柵，選擇安全珊是主要考慮安全柵危險(xiǎn)側(cè)的輸入電阻大小。

4.卡件熱插拔

DCS 冗余 I/O 卡件具備帶電插拔功能。 對冗余設(shè)置的卡件可在系統(tǒng)加電的情況下直接插拔本模塊，不會影響本模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對非冗余模塊的插拔要注意判別卡件類型。如是控制類卡件，須確保被控制單元不發(fā)生違反工藝動作前提下進(jìn)行插拔。

5.I/O 控制卡件的在線操作

I/O 模擬量控制卡件是不允許在線測量的。 2007 年，電廠煤氣總管調(diào)節(jié)閥開度波動，維護(hù)人員對其在線測量（將電流表串聯(lián)在控制回路），致使調(diào)節(jié)閥動作，管網(wǎng)流量及壓力急劇變化，險(xiǎn)些造成生產(chǎn)事故。因串聯(lián)電流表測量須將輸入或輸出端子拆下，使輸入與輸出電流不同步，調(diào)節(jié)閥動作幅度很大，操作時(shí)應(yīng)將調(diào)節(jié)閥調(diào)到手動狀態(tài)或斷電[3]。

由以上分析可知，如果電壓比（變比）不相同，兩臺變壓器并列運(yùn)行將產(chǎn)生環(huán)流，影響變壓器的出力。如果百分阻抗不相等，則變壓器所帶的負(fù)荷不能按變壓器的容量成比例分配，阻抗小的變壓器帶的負(fù)荷大，阻抗大的變壓帶的負(fù)荷反而小，也影響變壓器的出力。變壓器并列運(yùn)行常常遇到電壓比（變比）、百分阻抗不完全相同的情況，可以采用改變變壓器分接頭的方法來調(diào)整變壓器阻抗值。若第三個條件不滿足將引起相當(dāng)于短路的環(huán)流，甚至燒毀變壓器；因此，接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。一般情況下，如果需將接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行，就應(yīng)根據(jù)接線組別差異不同，采取將各相異名、始端與末端對換等方法，將變壓器的接線化為相同接線組別才能并列運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，兩臺變壓器并列，其容量比不應(yīng)超過3：l。因?yàn)椴煌萘康淖儔浩髯杩怪递^大，負(fù)荷分配極不平衡；同時(shí)從運(yùn)行角度慮，當(dāng)運(yùn)行方式改變、檢修、事故停電時(shí)，小容量的變壓器將起不到備用的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]程武山.分布式控制技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]凌志浩.DCS 與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2008.

[3]周小力.浙大中控 JX-300X 系統(tǒng)與應(yīng)用 [J]. 自動化與儀器儀表 ，2007（1）.