濰坊潤澤自動化設備有限公司
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閱讀：14發布時間：2025-2-21
如何提升DCS的可靠性及線纜鋪設良好的接地
集散控制系統DCS以靈活性、可靠性、控制功能齊全、人機界面友好性及通訊的方便性，廣泛應用在煉化企業等自動化生產控制領域。煉化企業的生產工藝系統檢測點多，“兩重點一重大"控制邏輯尤其復雜，需要檢測和控制的參數多，控制精度和穩定性及可靠性要求更高，因此傳統的儀表控制系統難以勝任其控制和檢測要求，需要進一步提高項目應用集散控制系統DCS的可靠性。
提高DCS系統可靠性措施項目中DCS一旦運行異常，可能會導致生產裝置失控，引起電解槽跳停，甚至在氯氣處理及反應、液氯包裝時發生氯氣泄漏，造成毒氣泄漏等不可預知的事故，因此在系統設計時的系統設備選型、系統供電方案選擇，以及施工時的線纜敷設、接地施工等方面采用了諸多提高系統可靠性的技術措施。
01硬件技術
為了提升DCS硬件的可靠性，該項目DCS制造商采取了提高硬件質量的技術措施，如對元器件進行嚴格的篩選、老化元器件的降額使用、充分考慮到參數變化的影響、采用低功耗元件、噪聲抑制技術等。
02電源冗余
供電可靠性是保障DCS運行的關鍵因素之一，該項目采用互為備用的雙電源，即一路市政電網電源，一路發電機供電電源，且采用了兩臺不間斷電源UPS，UPS1和UPS2也互為備用、自動切換，實現市政電網電源、發電機電源和UPS電源對控制系統同時供電，提高了電源的可靠性。根據以上設計，平時由市政電網電源并經UPS向控制系統供電，當市政電網電源回路出現故障時，切換到UPS所在發電機供電回路繼續供電保持正常工作；即使兩路電源同時出現故障，可切換到UPS的蓄電池供電，通過UPS蓄電池供電仍可保證控制系統能正常運行2h，大大增強系統電源的可靠性，確保工藝聯鎖保護動作，避免不必要的損失和事故發生。
03系統冗余
冗余技術是提高DCS可靠性的重要手段。系統冗余采用自動后備方式，設置另外一套或幾套備用控制裝置。當系統處于運行狀態時的自動控制裝置發生故障時，備用控制裝置自動投入，維持系統的自動控制。自動后備是冗余系統的一種方式，冗余有主控單元冗余、網絡冗余、I/O模塊冗余、操作員站冗余、服務器冗余等。
①控制單元冗余
互為冗余的兩塊主控制卡軟件、硬件一致，執行同樣的系統軟件和應用程序，在工作/備用冗余邏輯電路的控制下，其中一個運行在工作狀態（工作卡），另外一個運行在備用狀態（備用卡）。互為冗余的主控制卡都能訪問I/O和過程控制網絡，備用模式下的主控制卡執行診斷程序，監視工作卡的狀態，通過周期查詢工作卡件中的數據存儲器，接受工作卡發送的實時控制運行信息。故障處理時冗余配置的卡件，在確定主卡工作正常的情況下，重新插拔，如軟故障則可消除，如為硬故障則無法消除，需更換同型號的卡件。
②網絡系統冗余采用冗余網卡和冗余網絡接口，正常工作時，冗余的兩條數據高速通路同時并行運行，自動分攤網絡流量，并考慮了負載均衡的冗余設計，使系統網絡通信帶寬提高。當其中一路故障（網卡損壞或出現線路故障）時，另一路自動地承擔全部通信負載，保證通信的正常進行。
③操作站冗余根據各工藝控制要求DCS系統配置多個操作站，實現并行操作，而各自又獨立執行任務。
④DCS系統I/O板卡冗余在DCS系統中通常根據工藝控制參數重要性配置I/O模塊數據采集卡冗余輸入。
DCS線纜選擇及敷設接地技術措施
01根據信號選擇電纜型號及規格
（1）控制盤、臺、繼電器柜等內部連接線，應選用銅芯聚氯乙烯絕緣電線。需經插件的連接線（或FK型切換開關的連接線），應選用銅芯聚氯乙烯絕緣軟線。
（2）熱電偶至冷端補償器、恒溫箱或直接與儀表的連線，應選用熱電偶絲延伸線或與熱電偶絲的熱電特性相匹配的補償導線。
（3）模擬量輸入輸出信號和低電平的開關信號應使用屏蔽電纜連接，信號電纜截面積應大于等于0.75mm2。
（4）高電平（或大電流）開關量的輸入輸出信號可用一般對絞電纜（控制電纜）連接。
02電纜敷設
電磁干擾已成為影響DCS控制系統穩定性、聯鎖正確動作的重要因素。在抗電磁干擾中，要嚴格按照強、弱電電纜分層排放的原則進行電纜敷設。具體要求如下：
（1）高電平開關量信號應與模擬量信號、低電平開關信號線纜分開敷設，不應共用同一電纜橋架，也不應與強電回路合用一根電纜或敷設在同一根保護管內。
（2）不同信號或不同電壓等級的電纜，不宜在同一層電纜橋架中敷設，當在同一層電纜橋架中敷設時，應用隔板隔開。
（3）控制器及I/O卡件輸入輸出信號電纜應敷設在槽盒中，槽盒本體應保證接地可靠。單根信號電纜應在鋼制導管中敷設，導管應保證接地可靠。電纜屏蔽層宜選用銅帶屏蔽或鋁箔屏蔽。
（4）信號電纜與電力電纜交叉敷設時，宜成直角；與電力電纜平行敷設時，兩者之間的最小允許間距應符合如下規定。
（5）在現場信號線接到DCS端子前，須測量電纜絕緣電阻，檢查有無異常的干擾信號。尤其裝置施工尚未結束前，電焊機或電氣強干擾信號更多，以免引入燒壞隔離器、模件。
03接地措施
01信號源在現場不接地施工措施信號源在現場不接地的測點，屏蔽線的屏蔽層應按下列方法接地：
（1）對絞屏蔽線的單根屏蔽線的測點，其屏蔽層應在機柜側接地。
（2）采用對絞多芯屏蔽電纜傳送信號的多個單根對絞屏蔽線的測點，每個單根屏蔽線的屏蔽層和多芯電纜的屏蔽層接在一起后在機柜側接地。
（3）屏蔽線中間有接線端子的測點，中間端子處屏蔽線的屏蔽層應可靠地接在一起后在機柜側接地。
02信號源在測量現場接地施工措施信號源在測量現場接地的測點，屏蔽線的屏蔽層應按下列方法接地：
（1）信號線選用單根對絞屏蔽的屏蔽線的測點，屏蔽層在測點就近的現場接地。
（2）采用對絞多芯屏蔽電纜傳送信號的多個單根對絞屏蔽線的測點，每個對絞屏蔽的單根屏蔽線的屏蔽層和多芯電纜的總屏蔽層接在一起后在現場附近接地。
（3）屏蔽線中間有接線端子的測點，中間端子處屏蔽線的屏蔽層應可靠地接在一起。
03信號線接地方法模擬儀表和DCS系統共用傳感器時，引向模擬儀表的信號線和引向DCS的信號線均應選用屏蔽線。其屏蔽層應按下列方法接地：
（1）當信號在現場接地時，引向DCS的屏蔽線的屏蔽層和引向模擬儀表的屏蔽線的屏蔽層接在一起后在信號源側接地。
（2）當信號源在現場不接地時，引向DCS的屏蔽線的屏蔽層和引向模擬儀表的屏蔽線的屏蔽層接在一起后在機柜側接地。
04防靜電施工
DCS機房需要進行防靜電地板施工，一般高度為300mm～500mm，用銅接地電纜把靜電板骨架引至銅接地網的接地端子板上（靜電地板下）。在防靜電地板下，可鋪設鋼制走線槽，方便從現場接入DCS的信號線纜走線，同時起到電磁屏蔽的作用。DCS系統的插件和卡件安裝時，注意采取防靜電措施，如配戴防靜電手腕或不要直接用手接觸卡件上的元器件、焊點，避免因操作不當產生靜電而燒壞線路板上的電子元件。
05防雷隔離器施工
如果企業地點在雷電多發地區，為避免電纜引雷而導致控制系統的癱瘓，增加電源與信號防雷隔離器，使模擬信號傳輸的可靠性及儀表電源安全性提高。DCS中指令的電源接地直接接至大地，而電動調門的地線不接地，導致電源不匹配使得調門不能正常動作，加裝隔離器后DCS的電源浮空。
06接地技術要點
DCS系統對接地要求比較嚴格，在現場接地施工時，嚴格按照DCS廠商的接地規范，否則會影響DCS系統的可靠性。對DCS系統現場接地時應注意以下幾點：
（1）I/O（輸入/輸入）柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個地，保證等電位聯結。
（2）保護接地電纜必須符合DCS廠商的要求，并要求接地接到機柜內專用的接地螺栓上。
（3）系統接地與屏蔽接地不能在機柜匯合，必須單獨接到接地網。
（4）柜間接地不能用機柜拼接螺栓代替，必須用接地匯流排連接。
（5）接地應牢固可靠，匯流排要求采用銅排。
（6）接地電阻符合DCS系統要求，并應進行嚴格的測定，接地電阻值不應大于1Ω。
（7）嚴格按照DCS廠商規定的接地線線徑進行接地，且嚴禁串聯。
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