[整理]DCS系统调试中保证设备安全的一个重要步骤

DCS系统安装调试基本程序、技术要素及设备安全检测措施

王新胜

概述

DCS系统，通常称为集散型控制系统，也称为分散控制系统、分布控制系统。它是仪表技术、控制技术、计算机技术、通信技术等相互渗透、共同发展形成的生产过程控制和管理技术，已广泛应用在一些行业的生产装置中，DCS 的安装调试是现场的一项重要工作。

DCS的发展已经历了几代产品，制造厂家众多，各种系统的体系结构和功能有所不同。DCS的控制对象和规模也多种多样。近年来，DCS控制系统广泛应用于石油、化工、冶金等行业的各种生产装置中，本文根据DCS的共同特点，总结近年来，一些DCS装置安装调试的实践，对DCS安装调试的基本程序和技术要点进行说明。

一、DCS系统安装调试的总程序

大中型DCS项目的建设周期，随同装置的设计、采购、制造、安装到投产，往往需要2年左右。目前使用的DCS控制系统中，除常规的热工量，如温度、压力、流量、液位、位移等作为被控对象外，还将供电、动力部分的电压、电流等电量也作为监控范围，以致其被控对象信号电压从毫伏级至几百伏，且信号种类多，线路也较复杂。

在项目的建设现场，DCS包括仪表施工在内，整个安装调试时间大约安排6个月。DCS通常要在制造厂内进行试组装和出厂调试，建设现场的工作包括中央控制室和生产装置两个区域。

DCS的现场安装调试总程序如图A所示：

中央控制室装置现场

图A DCS安装调试总程序

总程序的安排有以下特点：

(1)充分保证整个生产装置的施工进度。仪表自控专业要配合全装置的施工，就地仪表的施工进度受到其它专业制约，而中控室的工作则相对独立。合理组织安装调试的交叉施工，做好与土建、电气、设备、工艺等专业的协调工作，可以加快工程进度。

(2)通过冷态系统调试充分发现和及早处理DCS设计、设备制造的遗留问

题和安装问题，确保工程质量，同时也为最终的系统调试作好准备。DCS的正常运行为装置工艺试车和顺利投产提供了操作控制上的质量保证。

(3)根据总程序，通过对有关系统构成、，功能、外部联系和建设总进度的综合分析，便于制订具体的工作日程计划，做到对DCS分单元、分层次安装调试，合理隔离，逐步开通，从而有利于系统调试中的安全，减少故障发生。

二、DCS的安装程序及重点技术要素：

1．中控室内DCS的硬件安装程序．（如图B）。

（图B）DCS的硬件安装程序

2．电源系统部分：

DCS的电源系统一般包括直流电源系统、交流电源系统和不间断电源(UPS)系统。在DCS通电前，供电电源系统应调试完毕并正常运行，以保证DCS的连续通电调试。系统安装调试的重点要注意不同电源系统，不同电压等级电源之间的电气隔离。除了自控系统本身的电源与信号隔离外，还不能忽视与电气专业的联锁中的隔离问题。

3．电缆敷设部分：

敷设仪表电缆和通信电缆应注意下列问题：

(1)本安电缆、信号电缆与电源线路要分开敷设，不可避免交叉时应以垂直角度交叉。在汇线槽内不同类型电缆要分槽敷设。活动地板下的电缆要各自形成路径，互相保持距离。特别注意中控室入口不要混乱。

(2)电缆敷设中不应有中间接头。各类端子都应连接牢固。

(3)总线及有关通信电缆要使用专用电缆，按制造厂的要求连接，一般都有规定的长度，并且配好接头，编上号。

(4)光纤电缆采用专用接头，注意保持接头的清洁干燥。

(5)敷设电缆和校线接线应有方案，以便提高工作效率，防止错线。

(6)备用电缆芯线应接地。

4．接地系统部分：

DCS及其辅助装置，以及整个装置的自控系统，都对接地有严格的要求，不同类型的接地系统不能相混。在DCS通电调试前,必须完成接地系统的连接和测试。在线路中，正确地屏蔽和接地，可抑制大部分干扰。接地系统的连接影响着各电源系统、信号系统、DCS及仪表设备的正常运行和安全。

典型的接地系统如图C所示。仪表接地极与电气接地极是否共用以及具体的接地方式应按工程设计要求进行安装。

图C典型的接地系统

接地系统安装应重点注意下列问题：

(1)DCS和仪表系统接地要与电气系统接地分开。DCS各类接地系统要分开母线自成系统连到接地极上。不能接错地母线的连接点，接错一点就使系统

混地。

(2)信号电缆屏蔽线应单端接地。屏蔽板应与机壳接地相连，构成等电位屏蔽。

(3)接地系统的接地电阻值应符合设计要求。

(4)安装中应注意，防止人体和环境产生的静电损害电子元器件。机柜上不要存在不接地的孤立金属导体。

三、DCS硬件调试

硬件调试的一般程序如下：

1．接地测试

(1)不同接地系统间的隔离检测。

(2)接地电缆、母线、接地端子的连通试验。

(3)接地电阻测试。

2．线路检测

检查安装完毕的线路、母线、接线端子的连接情况。

3．电源测试

(1)测量各电源母线、开关的供电电压。

(2)测量各电源调节器的各种输出电压。

(3)测量各单元插卡上的各类供电电压及检查所有电压指示(显示)。

(4)UPS及备用电源的供电操作及性能测试。

4．机柜内风扇检查

5．操作站通电检查

通电正常后装入有关软件。

6．机柜插卡通电检查

单元插卡信号灯状态检查。

7．DCS硬件及通讯综合检查

通过操作站屏幕显示，利用DCS测试、诊断功能检查所有硬件单元及通信网络。

8．DCS辅助设备检测

打印机、硬拷贝、报警器、记录仪等的通电和功能检查调试。

9．辅助机柜硬件测试

安全栅、继电器、变送转换单元等的调试检测。

10．管理(上位)计算机开通测试

四、DCS软件调试

DCS软件按功能主要组成如下：

诊断程序

操作系统检测

DCS软件数据处理

报警

操作服务

判断分析

开环控制

闭环控制

事故处理

公共应用程序

对DCS软件，在安装调试阶段主要是通过操作站的各项功能的检查、组态检查和系统回路调试来进行检查测试。调试程序按下列项目安排。

1．操作站功能测试

按照操作手册的说明逐项检查以下有关功能：

2.．组态测试

DCS的组态功能一般包括：

(1)数据库生成。

(2)历史库生成。

(3)图形生成。

(4)报表生成。

(5)顺序控制生成。

(6)连续调节功能。

安装后测试组态软件，主要方法是按照组态设计(数据)表，从操作站上通过各种键盘操作调出组态的有关显示画面仔细核对。

3．DCS的冗余、故障诊断等功能测试。

属于设备检验范围，一般不在安装阶段进行。

4．DCS与PLC(可编程序控制器)的特殊的专用程序的测试，按设计说明进行。

五、DCS的系统调试

DCS是否能按照工程设计要求对生产装置过程进行检测控制，最后要通过完整的回路试验和系统综合调试来确认。

系统调试的一般程序如下：

(1)单回路和复杂回路的调试。

(2)联锁系统调试。

(3)程控系统调试。

(4)特殊系统调试。

上述调试工作分冷态和热态两个阶段安排。最后，要结合调试进行参数整定。此时，DCS即可全部投入运行。配合装置的单机试车和联动试车。

系统调试工作需要设计、制造、施工、生产操作人员几方面的配合，由仪

表、电气、工艺等专业对系统的一些控制功能和数据共同检查确认。

六、DCS调试的技术要领：

1．调试的覆盖技术

所有仪表的单体调试应按检查表逐项完成，并分别记录。

系统调试要求确认所有单元、所有回路都已投入系统网络正常运行，并进行了正常的数据通信。确认回路中的仪表部件都已工作并参与了回路调试，其性能、参数符合技术要求，回路已对工艺过程起到了检测控制作用，回路与回路之间、系统与系统之间的信号传送和联锁等相互关系都符合设计和生产要求。

调试覆盖应分别按调试计划，系统结构图、回路图和接线图、逻辑图、程序表等分系统、分单元、分回路进行确认，并在图上作出调试标记，完成调试记录。

2．调试的模拟技术

输入信号的模拟应从变送器、检测元件和输入端送入模拟过程参数的信号。在冷态调试阶段则可从输入输出接线柜端子上送入毫安、毫伏、电阻或接点状态信号，或其它特殊信号。采用通用或专用的信号源仪器和数字式仪表，保证精度要求。

冷态调试时因负载未接通输出端，应以规定的负载电阻(模拟输出)、电压相符的信号灯(接点输出)等进行输出负载模拟，保证回路在调试中的正常工作和获得调试结果。

联锁系统的调试需要有模拟板，用一系列小型开关和信号模拟各输入输出点的“0”或“l”状态，并设置一定数量的模拟信号发生器提供调试所需的模

拟信号。

3．人机对话技术

充分利用操作站键盘和显示功能，根据DCS输入输出点的类型和数量合理进行系统调试的分组和CRT画面显示的分工，可以加快进行系统调试中的各项操作和及时观测记录数据。

4．故障诊断技术

DCS调试中所出现的故障来源于设计错漏、制造质量问题、安装质量问题和操作调试错误。发现故障后，可通过对硬件、软件故障状态的分析，利用DCS的维护诊断软件功能，初步判断故障范围，然后按系统、单元、插件、模块、元件和线路进行检测，对故障定位和查明原因。软件故障则要修改程序和组态数据。

5．其它

标准仪器、专用仪器的准备，通讯呼叫系统的开通，DCS制造和工程设计文件的会审和掌握，也都是调试工作不可缺少的技术环节。

七．DCS设备安全检测措施：

由于DCS系统设备造价较高，施工企业在对其进行调试的过程中，如果发生设备损坏事故，其后果是严重的。如何采取有效措施，防止DCS系统设备在调试过程中的安全，是负责调试工作的有关人员必须重视的问题。

按照常规的施工顺序，DCS主机设备安装就位后，进行系统回路配校线，配校线完成后，主机及外部系统先后送电，进行调试工作。这个过程中，从配校线完到主机、外部系统送电，对系统而言就再没有什么检查、复核的步骤。由于传统的校线只能对照图纸检查是否接线位置有误，而对于监控回路形成

后，外部信号是否在正常的范围内，却不是校线所能判断的。在系统送电肘，调试人员对由外部进入DCS主机的信号是否都正常不能做到心中有数，要等到系统送电后，在主机CRT上观察到出现异常．才能去查找原因。由于此时强电系统信号也已进入系统，一旦高电压因连接有误等原因串人信号通道，就会造成接口模板在通电时损坏，特别对热电偶输入模块而言，其信号电平是毫伏级，只要十几伏电压就可将模板损坏，所以用传统办法检查系统，从CRT 上看到异常时，往往后果已无法挽回。

因此，在外部系统与主机送电前．先用仪器逐一检查各I／O回路的信号范围，确认外部系统安全无误后，再与主机连接送电。具体作法如下；

（1）.首先送电前先将外部系统与主机脱开，对一些模板上活动的端子排，可将其从模板上拔下(检查后再插上，如Honewell公司产品)；或拔下插件板，使主机与外部有效脱离。

（2）.然后用万用表高电压档逐一检查每个回路，看是否有高电压存在。

（3）.最后用数字多用表逐一检查各电路信号电平。

这样检查后可得到的后果是：

(1)回路是有源输入回路或外部电源受控的输出回路，被检查到的信号在设计许可的范围内，则该回路信号对主机而言是安全的。

(2)回路是无源输入回路(主机提供信号电源的回路)或主机输出信号的控制回路，检测到无信号电压出现，则该回路是安全的。

(3).不论是何种回路，若检测到的信号电压超过电压允许范围，则该回路存在问题，必须查找出原因并解决后，系统才能送电。

(4).如果使用可自动转换量程的数字表进行上述检查，则更加方便。在对

现场接入主机的所有外部回路检查正常后，再与DCS主机相连送电。

通过以上检查就不会因不正常信号电压造成对主机设备的损坏，即可顺利开展后续的系统调试工作。这种检查步骤虽然加大了调试人员的工作量，但从保证系统设备安全，消除安全隐患，顺利完成调试工作是十分必要的，在DCS系统调试施工中．确保了设备安全。