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DCS系统的实践应用与工作经验

  一、系统功能需求的确定


 

选用DCS之前首先要明确应用的目标,提出对DCS功能的要求,确定系统的规模。一般都需要仪表自动化、工艺负责人及计算机的负责人、设计院项目负责人几方面讨论确定,以达到最大限度地知足出产和操纵的要求。


 

1、应用DCS的目标


 

(1)进步装置出产及治理水平


 

进步出产效率(进步收效),降低出产本钱,节能,降耗,进步产品质量,进步出产方案变化的灵活性及适应性,进步装置的治理水平,进步故障分析的科学性和出产治理尺度化,有利于劳动竞赛,挖掘出产潜力。


 

(2)进步装置的控制水平


 

实现装置不乱化控制及操纵优化,实现提高前辈控制,实现顺序逻辑控制,实现设备故障诊断和联锁保护,实现局部或全装置的最优化控制,出产及治理水平的进步,控制水平的进步,将为实现装置“安、稳、长、满、优”出产施展重要作用,具有明显的经济效益和社会效益。


 

这些目标可以分阶段考虑,逐步应用、开发,系统亦将逐步扩展以实现终极目标。


 

2、系统功能要求


 

(1)数据采集和存储功能:模拟输入信号的扫描时间,数字信号的扫描时间,历史数据存储(包括调整趋势、历史趋势)的种类、点数和周期,输入信号的处理功能。


 

(2)控制功能:具备完整的监测、调节和顺序控制功能及设备运行监督、联锁保护等功能,反馈控制功能的最大能力(输入输出的种类、数目、逻辑运算能力、顺序步骤,执行周期),过程控制语言能力(如ST、FORTRAN,BASIC,C或其他的控制语言),提高前辈控制软件的要求。


 

(3)显示功能:CRT尺寸、颜色,画面刷新时间,画面种类与数目。显示画面包括总貌画面、流程丹青面、控制分组画面、调整画面、趋势画面、过程报警画面、系统报警画面、系统状态画面、操纵日志画面、历史查询画面等,并具有窗口(多个、拉伸、重叠)显示功能,汉字功能以及触屏功能。


 

(4)报警功能:模拟输入/输出信号报警(绝对报警、变化率报警),数字输入/输出信号报警,仪表停用(校验、停扫描)报警,系统部件(卡件、网络)故障报警,相邻报警时间分辨率,报警治理功能(如历史查询过滤、报警组设置、报警点组的优先级、报警按捺功能等)。


 

(5)报表和屏幕拷贝功能:即时报表功能,定时报表功能(包括时报、班报、日报、月报、年报),报警汇总记实,操纵记实报表,操纵或参数修改打印,打印机屏幕拷贝功能。


 

(6)操纵安全:操纵权限口令询问功能,工程师、操纵员钥匙键功能,MAN/AUT/CAS切换无扰动功能,冗余措施。


 

(7)系统的灵活性:系统可靠性指标,冗余冗错,系统扩展利便,新老产品的兼容性,与上位机通讯接口及软件的实用性,与其它机种的通讯(开放性)。


 

系统功能要求是根据系统目标结合详细内容确定的,特别凸起详细项目的特点:

    a、快速扫描的速度及顺序控制、联锁的执行周期,必需根据工艺指标提出详细要求。例如:某用户的一个装置引进DCS时因承包商对专利商在顺序控制方面的需要不清晰,到组态设计时,发现这种DCS的速度和容量均不能知足工艺的要求,只好又购买了一套PLC,增加了投资。


    b、目标在开发提高前辈控制软件,则在控制功能上以及软件开发工具方面要侧重说明。


    二、DCS的选型


    1、机种选择原则


    选择DCS机种是一项重要工作,因为DCS技术提高速度很快,集中更新换代周期很短,过去由几个主要国外DCS厂家垄断的时代已经由去,民族品牌的DCS厂家迅速发展成熟起来,目前已经占据了中国DCS市场的半壁山河,其机能、可靠性和不乱性及优胜的性价比得到了泛博用户的认可,这是民族工业的骄傲。现在海内外主要DCS制造商有十几家,DCS采购一般采取招标方式,通常由用户(或招标公司)选择3-5家进行询价、招标,经由专家、领导及技术负责人综合评价和评选,最后确定一个机种。DCS机种选择的因素良多,不能只从一次性投资多寡考虑。总结DCS机种选择的原则为:选择工程实力较强的着名公司,选择符合有经验的专家推荐的主流机型,首先考虑DCS系统的可靠性、不乱性和操纵利便性,其次考虑DCS功能应知足“功能需要”的要求,具有国际提高前辈水平(但不一定是最提高前辈的),系统应具有开放式结构,有灵活的系统可扩性。考察是否又在同行业使用的实例,效果是否令人满足,制造厂家的后备支持系统是否完备,调查厂家工程经验和实施能力、专业化解决方案的能力和设计能力,服务是否良好,机能/价格比是否最好,价格是否可以接受,备件供给和响应是否及时。一个工厂企业DCS机种最好选择统一种,便于维护和治理。


    2、机种的评价内容


    (1)系统硬件构成比较:将参加询价的3-5家机种做硬件配置和功能比较,主要项目如下:操纵站、工程师站、打印机、上位机接口、辅助存储器、网络和内部通讯、现场控制器、现场监督站、辅助台柜(安全栅柜、端子柜、继电器柜、辅助操纵台等)、应用模块及电源配备。


    (2)I/O卡能力比较(每项列出:点数/卡、卡数、总点数):


    监督输入4~20mA


    脉冲


    T/C


    RTD


    控制输入4~20mA


    脉冲


    T/C


    RTD


    控制输出4~20mA


    D/I按钮、开关状态


    D/O开关、继电器输出


    (3)系统通讯功能比较:通讯规程的尺度化、开放型及功能,通讯网络(总线)、通讯速度、传递间隔、网络(总线)答应加载设备总台数,是否双重化。


(4)与上位机通讯功能比较

    (5)系统软件功能比较


    (6)售后技术服务比较


    (7)应用软件工具比较


    (8)发展性、提高前辈性(好、较好、一般、较差)


    (9)价格分为以下几项列出:硬件、软件、备件、服务(包括培训、资料、现场服务、技术咨询等)、上位机的硬软件、税费及总价。


    3、经验教训


    当选择机种时,最好是由终极用户根据自己的实际情况来决定,专利商和设计院(工程公司)的意见作为参考。尤其是DCS虽工艺设备成套时,专利商和设计院(工程公司)往往选择对他们最有力的机型,很可能是落后的、质次价高的,而且他们不考虑用户在备件、维护、联网等方面的需要,假如自己选择,就可以避免这种现象。某装置DCS招标时采纳了终极用户的意见,不但节省了1/3以上投资,而且选用了机能更好的系统。此外应当防止仅仅根据一次投资决定取舍的做法。某装置仅为便宜6%的价格,买了一套已属落后的国外DCS产品,今后的备件、维修用度会远远超出6%。由于DCS更新很快,固然制造厂签订合同时能许诺若干年内设备不涨价,但很难兑现。


    三、DCS系统配置


    1、系统配置的工作内容


    DCS的发展使系统配置的适应性越来越强,而且也囊括了PLC控制功能,从几个、十几个回路的小系统到几百个、几千个回路的大系统都可以实现。系统配置的原则应是在知足装置出产和控制要求的条件下尽量减少硬件的数目,以求经济公道,并留有恰当的余量。系统配置工作主要包括以下几个方面。


    (1)系统I/O点统计:一般包括10-15%的备用量。要分别考虑热备用和冷备用的情况。


    (2)控制站:凡是介入控制的变量或重要的监督变量,考虑进入控制站。I/O卡件种类和数目按I/O点统计表的数目确定。机柜具有10%的备用空间。主控单元冗余配置、内部网络冗余配置、控制I/O卡冗余配置,电源冗余配置,按1秒的尺度扫描周期估计系统负荷知足DCS详细要求,考虑现场变送器供电制式与DCS的联系关系。


    (3)监督站:对于有监督站的系统,可以考虑一些仅需要监督的点数到监控站中。但监督站一般不是冗余配置。


    (4)操纵站:根据工艺流程工段或区域的划分和中控室内操纵职员数确定操纵站的台数。最低限度要配两台带电脑设备的主操纵站,打印机的台数应知足报警、报表及拷贝的需要,但报警和报表用的打印机必需分开。


    (5)辅助操纵台的配置:安装闪光报警器、指示仪、手操器、开关按钮、指示灯、端子排、空开、电话等。


    (6)其他站或模件的配置:根据不同系统的结构及功能需要,可配置工程师站、大屏幕、上位机等。


    (7)通讯系统配置:凡是与通讯有关的网卡、网线(总线)、交换机、耦合器、调制解调器等应根据需要考虑冗余配置。   (8)系统电源和辅助机柜配置(安全栅柜、端子柜、继电器柜、配电箱等):UPS不中断电源容量比DCS系统所需容量高40%,并保证电网停电时能继承供电30分钟。按现场危险场所划分,推荐安全栅型号。


    (9)备品备件和消耗品,原则上要备足两年的用量。


    2、经验与教训


    系统硬件配置直接关系到DCS的投资、应用和维护工作,有些无名的小投标商或代办代理商,为了夺标或根据一般尺度提出的配置不太符合终极用户的要求,采取分歧法竞争。例如某装置由代办代理商提供DCS,基本没有多少冗余量,投产一年后,工艺设备改造需要增加点数,重新订货要花良多钱,且订货周期长,延误了开工。还有另一种倾向,某系统由终极用户自己引进,硬件配置大了30%以上,造成资金积存。这两种极端都应避免。对于新装置,冗余量要适当大一些,如是改造,就可以少留一些余量。


    操纵站不应配置的过多,假如根据使用常规仪表的习惯划分操纵岗位,等到操纵职员认识几个月后,一定会有闲置不用的操纵站。但也不能太少,例如某系统外商做的配置,几千点过程输入输出,几百个回路只配置了三个操纵站(5台CRT),还不能互为备用,一般情况下还可以委曲应付,但等到工艺紧急事故或DCS局部故障时,就感到特别难办。


    无名的小投标商或国外代办代理商在售后服务方面普遍较差,响应慢,本钱也高。国产着名DCS厂家在工程服务和售后响应方面很正视,及时便捷,满足放心,备件供给没有题目,可以减少备件库存又不影响出产的开车。另外,建议在一个企业尽量使用统一机型DCS。


    四、系统使用环境的建立


    1、工作内容


    在DCS应用工作实施步骤中,使用环境的建立是极重要的工作,他是DCS正常运行的保证,包括以下几方面的工作:DCS控制室位置的确定、DCS控制室及辅助间的确定、控制室内设备位置及建筑要求、采光要求、抗干扰措施、接地要求、供电要求及隔离要求。


    DCS环境要求可参照GB2887-82《计算站场地技术要求》以及DCS厂家有关技术仿单确定。


    设计院按照上述要求进行设计,选好施工单位,一般室内装修、空调、照明等要选择专门的计算机装修专业步队施工才能保证质量,在DCS环境上多投资是必要的。


    2、经验与教训


    环境的题目是保证DCS能够长期连续正常运转的条件,在这些方面掉以轻心对设备正常运行会造成各种危害。例如,温渡过高,灰尘太多,特别轻易造成硬盘磁头簧片的断裂和划盘,某装置中的国外DCS系统就是由于这个原因连续坏了两个驱动器,备件又不能及时到位,停用了近半年多。由于温度高,内存和辅存不能正常工作,系统紊乱的现象也在多个系统内发生过。温度太高,产生静电的威胁,会造成有些DCS的死机现象,操纵职员若不留意这个题目,使静电放电造成插卡或模块故障,还会影响工艺操纵。接地也是一个既重要又难题的题目,市场上几中主流DCS在安装调试过程中,都发生过接地不良而带来的种种恶果。


总之一定要给DCS创造良好应用环境。

    在DCS的平面布置上,最好要考虑加一个缓冲间,再进入中控室或机房,这是防尘的好措施。对于防尘要求很高的情况,可加净化间(如磁盘净化间)。备件库、介质库、硬件维修室最好都装空调,虽说有的DCS厂家鼓吹自己的产品适应性很好,但是在实际使用过程中发现不用空调根本不行(影响到产品质量和DCS使用寿命)。


    机房和中控室内一般不要加暖气,特别不要加水暖,在装流动地板和有电缆沟的情况下,尤其应留意,以免发生因暖气漏水、漏汽,侵潮电路、沉没电缆和设备的事故。


    五、职员培训


    1、工作内容


    在DCS的硬件、软件和使用环境确定之后,职员培训是DCS能否用好的枢纽工作,它包括以下几个方面。


    系统工程师的培训:一套DCS必需至少培养一名系统工程师,全面负责系统技术领导工作和项目经理所担负的组织工作,并应对DCS系统有全面了解。


    组态设计、组态天生软件工程师的培训:DCS最好应用软件由用户自己做或介入做,卖方作技术指导。这样培训效果最好,同时是今后系统应用软件的完善、修改和继承开发的先决前提,这方面一般由设计职员和厂方用户(仪表自控、工艺职员)同时派工程师培训,而且应以厂方为主。


    上位机及DCS接口软硬件工程师的培训:若DCS配置上位机或MES系统应单独培训,职员可从企业信息中央、出产调度治理、计算机职员中挑选。


    硬件维护工程师的培训:现代DCS硬件维护大部门为板级或模块维护,而且系统有诊断功能,所以硬件维护职员一般不单独培训,而是在软件工程师中有人侧重培训即可。


    以上四种职员的培训一般需在制造厂进行,在培训之前,最好初步自学、阅读有关技术资料,做好充分预备,才能取得满足效果,有一定DCS基础和应用经验的职员更好。


    操纵职员培训、车间主任及有关领导职员的培训也是十分重要的工作。这部门人的培训由经由培训的计算机职员讲课和实际操纵练习进行。首先经由培训的职员要为车间操纵职员编写操纵手册,按工艺班组进行实际上机培训,一般很快便可把握。上岗之前定出尺度和要求,发操纵合格上岗证是个好办法。


    2、经验与教训


    培训工作关系到用户是否能把握系统,是否能很好的承担系统维护、完善修改、介入开车调试与进一步开发的任务。要避免培训的一些偏差,如把DCS培训出差当作一次企业内部的关系照顾与平衡,派出无关职员参加培训;如在随装置成套引进DCS时,只是工艺培训和设计培训,没有铺排到DCS制造厂的培训,有的在组态设计培训中没有铺排终极用户的技术职员参加,有的派遣的培训职员没有搞过DCS,又没有做好DCS预培训,在短暂的DCS培训中收成不大。有的在培训前对要学习的系统没有一个完整的概念,更没有预备好题目,对于国外的问答式培训方法不适应。有的培训中,比较注重与开工有关的基础工作,忽视了应用软件和今后继承开发所需要的知识,这些都造成了应用维护和开发的难题,对高价买来的应用软件不能准确和全面使用。



   DCS的操纵一般都很简朴利便,很轻易学会,对于工艺操纵职员不必讲多少复杂的计算机原理和内部结构,着重教会他们实际使用方法和操纵要求即可。国产着名DCS一般全部汉化,不存在使用语言题目,但是引进国外的DCS带汉字显示得未几,主要是英文显示和打印,这与我们操纵职员的英语水平有一定差距,对于显示和打印的内容,特别是繁多的缩写符号看不懂,记忆难题,影响DCS的使用效果,在对工艺操纵职员的培训中,这是枢纽。

    六、系统组态与天生


    1、工作内容


    DCS应用的核心工作是系统组态,包括硬件配置组态和系统应用软件组态。硬件配置组态首先要完成系统的配置图,包括每个卡件的配置图以确定地址或点名,这一工作必需在应用软件组态前完成。


    每家的DCS应用软件组态方法都不会完全一样,各有自己的特色和优缺点,发展趋势是配置独立的组态工作站或称工程师站。有些DCS厂家还开发了微机组态系统软件,使大部门应用软件的组态工作可以在PC机上完成,然后再转换成系统能接受的形式。组态软件也有新发展,好比将CAD加快了组态的过程。


    对于DCS应用软件组态工作有以下三个枢纽环节。


    (1)组态设计


    首先应按系统目标把自控系统基础设计和集散控制系统的组态要求科学组织起来,最后形成组态源文件。包括以下几个部门:系统配置设计、目录(DIRECTORY)及文件(FILE)组织设计(有些系统可以不作)、监督站的组态设计、控制站的组态设计、操纵站的组态设计、及其他网络设备的组态设计。


    (2)充分把握DCS的组态方法、技巧和系统的功能


    对于DCS组态方法、技巧及系统功能的培训力求吃透,充分把握、理解,只有这样才能充分施展DCS的作用,系统组态才能达到实用、操纵利便、功能强的要求,并通过实际应用、发现不足,逐步对组态设计进行完善、修改。


    (3)征询、知足工艺要求,结合操纵维护经验


    DCS是为工艺服务的,终极由工艺来使用和操纵。在DCS组态时,务必切实考虑、征询工艺要求,最好工艺技术职员要介入进来,力争知足工艺操纵要求,注重累计日常工艺操纵、仪表维护经验,把这些经验变成应用软件,充分挖掘DCS提高前辈的控制、操纵功能,进步DCS利用效果。


    2、经验与教训


    组态和天生一定要有终极用户的技术职员参加,根据用户的气力,决定组态设计参与的深度,天生最好全部由终极用户完成。不少系统的组态都是由设计职员或DCS厂家搞,终极用户不闻不问,假如设计职员或DCS厂家不认识工艺出产操纵,不了解操纵职员的要乞降习惯,尺度软件题目不大,而象报表、画面、操纵方式之类与工艺关系很紧密亲密的内容返工现象是少不了的。反之,假如终极用户的工艺职员和有实践出产经验的仪表自控职员承担设计组态或介入设计组态,情况就大不相同。某系统根据工艺职员的要求作出的报表和画面深受欢迎,结合实际设计的控制方案简朴易行,投用效果好。


不少成功的经验表明由用户介入设计组态,理论结合实际才能做出比较成功的组态设计和组态天生。有不少的企业依赖自己的技术气力完成DCS组态设计和组态天生,自己设计、安装调试、施工维护开发一条龙,创出了一条好路子。

    七、安装调试


    1、安装工作内容


    DCS安装前应知足以下前提:机房和中控室装修完毕,不需要再挖沟打洞等产生灰尘、振动的工作。流动地板铺好,地面清洁干净,空调系统投用并已通过考核。UPS调试考核合格,若干前提达不到也有用临时电源调试的,但应加稳压设备。照明施工完毕,正常运行。机房四周不再进行有振动、或电干扰的施工。接地系统完成,并经由反复检查,确认不会引入干扰信号。


    系统安装工作包括:台柜就位,设备(主机、监督器、打印机等)安装,卡件或模块安装,系统网线、内部电缆的连接,端子外部仪表信号线的连接,系统电源、接地的连接等。这些工作一般是在DCS厂家的指导下,由用户完成。


    系统安装应遵照详细系统的安装要求进行。在冬季安装时应留意从库房到机房的温度变化梯度符合系统的要求,机房可采取逐渐进步温度的措施来达到要求。


    当安装工作结束后,一般DCS厂家派工程师到现场进行检查和通电,然后可以按调试方案进行系统调试工作。


    2、调试工作内容


    (1)DCS单机调试和系统调试


    A]硬件调试检查和单机调试:各设备通诊断程序,尺度功能测试,电源卡的电压丈量和检查,I/O卡件的零点、量程及精度调试检查,信号调整卡的零点、量程及精度调试检查。有的DCS有专用校检仪。


    B]功能检查和调试:系统尺度功能,包括通讯、显示、打印等。用户画面的检查,自动格局报表检查,控制方案检查和调试,联锁逻辑顺序控制方案检查和调试,其他用户组态的程序检查。


    (2)DCS与现场的联调


    仪表输入信号联调,DCS输出与执行机构的联调,现场联锁功能的联调,顺控功能的联调。


    调试是一个科学细致、严谨的工作,是系统投运的可靠保证,为此首先要有调试方案,并做好调试的组织工作,调试记实规范化,并有调试人、验收人的签字,复杂的联锁保护、顺控功能要有工艺负责人签字。


    (3)开车后提高前辈控制或优化控制应用软件的在线调试


    这项调试必需在工艺装置开车平稳后进行,首先应制定调试方案,保证工艺出产的平稳安全。反复调整P、I、D等参数,使控制系统和联锁保护投入自动状态,达到应有的使用效果。通过调试,培训操纵职员把握投用方法,明白其工作原理和留意事项。


    3、经验与教训


    DCS设备的内部安装接线和调试最好由终极用户的仪表自控和工艺职员承担,这对于了解系统情况,把握系统优缺点,做好今后的维护开发和日常操纵工作最为有利。


在功能调试和系统联调过程中,不能仅仅是DCS厂家的事情,用户工艺操纵职员一定要参加,仪表自控职员一定要参加,施工单位有关职员一定要参加和配合。

    通电以前,特别要做好UPS的电压波形、频率和接地的检查,还要检查DCS板卡开关的设置,最好由DCS厂家工程师负责这项工作。曾经发生过因供电电压超高烧坏多块电源卡和设备的情况,也有因板卡插错位置而烧坏的事故。美国、日本、西欧的设备电源一般用110V,中国要求220V,现在的DCS有的加了110V和220V切换开关,有的因供货不留意,又没有仔细检查,把220V加到110V的设备上造成损坏。


    当把现场信号线接到DCS端子以前,一定要丈量其绝缘电阻和检查有无异常干扰信号,尤其在新装置施工尚未结束前,曾由于引进了电焊机或电气的强干扰信号而烧坏过安全栅、模块,由于一次表的接地烧保险的事也曾经发生过。


    硬件测试过程中,所有备件都必需经由全面检查,保证其完好的备用状态。


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