确保DCS系统安全运行的几项措施

朱永波（黑龙江省大庆石化公司热电厂，黑龙江 大庆 163714）

确保DCS系统安全运行的几项措施

朱永波（黑龙江省大庆石化公司热电厂，黑龙江 大庆 163714）

本文从某热电厂在用DCS系统的软件和硬件方面入手，通过对系统的设计、组态、环境要求、硬件集成和现场安装、日常维护及检修方面，结合使用中的实践经验，对DCS系统的安全进行分析和探讨，确保DCS系统的安全、可靠、经济运行。

DCS系统；软件；硬件；安全

随着科技的进步，黑龙江省大庆石化公司热电厂的发展也日新月异，目前已有的8台燃煤锅炉、8台汽轮机全部应用了DCS系统，分别采用的是HONEYWELL、哈中远、ABB以及浙大中控等公司的控制系统。从某种角度分析，我厂所采取的DCS系统，可以提高设备装置的平稳性，并且能够优化生产工艺，促进我厂自动化水平不断提升。

笔者结合近几年对DCS系统的认识与了解，认为DCS所包含的问题关系到整个系统的正常运营，DCS系统与常规仪表进行对比，虽然DCS拥有比较多的优点，但是由于受到DCS自身因素的影响，导致设备在运行过程中如果出现故障，则会导致系统运行不良，出现回路等不良现象。因此，积极探究DCS系统安全问题具有重要的时代意义。在本文中笔者着重从DCS系统软件、硬件以及维护三个方面出发，深刻探究DCS所存在的安全问题。

1 软件安全的保障

众所周知，每一个系统都包括系统软件与组态软件，软件是开发程序的关键因素，也是系统应用发展的重点内容。与系统软件相比较，组态软件具有一定的检测手段，并且主要涉及的内容有设计安全与组态方面的安全。

1.1 系统的保障安全

我厂每台锅炉或汽轮机的控制器都是2:1的冗余，换言之也就是使用两个控制器，并且将PID控制以及逻辑控制放置在一个控制器上，对于比较重要的信号则选择3:1的冗余。此外，另外一个控制器所发挥的作用便是测量。在这种发展模式下，需要保证后备控制器的正常，否则会导致控制器发生故障则不会在短时间内进行切换，对整个机炉的稳定操作产生影响，甚至严重者会造成停机或者停炉现象的出现。因此需要保持控制器与I/O采用1:1的冗余。综合考虑，需要保证每一个卡上都留有通道，并且要充分利用孔卡，降低风险。

（1）确定系统I/O卡件配置数量：系统回路的I/O定义数量不应超过系统同类型卡件最大I/O容量的80%，也为组态调整带来方便。分配上注意各控制器的负载不要超过60%。

（2）比较重要的测量信号以及带连锁信号不能被分配到一块，如果出现故障则会对两者产生同样的影响。

（3）设计同一位置的冗余测量回路时，为避免由于卡件故障，而无法判断现场的实际测量值，设计上要分配在不同的卡件里。

（4）在设计停机、停炉等重要联锁保护时，要避免单点停机、停炉；在涉及冗余、或三取二、四取二逻辑中要将这些输入点分散在不同的卡件中，避免集中，实现风险分散。

1.2 组态安全的保障

系统都提供了功能强大的功能块，需严格按照用户的基本需求实现对整个工艺的控制，保证在复杂控制、逻辑控制以及顺序控制中保持一致性。这样一来则会满足工艺要求与发展需求。要实现最有效、简单实用的工艺控制，满足安全平稳运行的组态，就需要组态人员具有较强的专业知识和丰富的组态经验。

如汽轮机配备DCS系统、DEH（高压抗燃油系统）需要将仪器信号进行传输，从DCS传送到ESD系统之中。另外，传送过程中还需要采取相应的控制功能块，比如像SUMMER，采取这个方案不仅可以将信号及时送出，并且还能准确计算BO、K、斜率的数值。此外，如果当输入源中出现BAD的时候，则需采取初始化方案，在重新启动的时候将参数准确输入，并对功能块进行检查，从而保证整个工艺操作的稳定性。

除此之外，要想实现这一功能还需要采取SWITCH控制功能块，如果采取这个方案正常，则操作流程比较简单，仅仅将系统传输到CAS便可以。其中如果出现输入源关闭现象，那么则会呈现为MAN的状态，这样可以保持输入，这样一来便可以保证系统的安全性与稳定性，不会出现系统跳车的现象。

例如，我厂外供1.0及4.0MPa蒸汽的日累积表，主要采取的方式为程序语言。我厂中所采用的DCS系统主要为PROVOX系统，这种系统的开发语言属于FST语言，此外，DCS系统也提供了相应的功能板块，很多用户需要根据自己的需要定期进行清零，并将其保存一天，避免占用控制器的资源。另外，采取FST编程能够保证整个程序的稳定发展，并且也能够进一步提高控制器的负荷。

所以组态人员需要准确掌握DCS系统，要对整个过程有所掌握与理解。比如在出现回路故障的时候，线路出现断路，为保证安全，控制输出需要保持全开或者全关的现象。另外，在装置运行过程之中，可以考虑将部分备用通道设置为加回路，便于随时调用。

2 硬件安全的保障

单纯从硬件角度分析，因为机器老化所引发的故障主要与工作环境、硬件集成、系统接地或者日常维护有着密切关系。

2.1 系统的工作环境

DCS的操作间、机柜室布局、地板的选择、照明方式、地磁和电磁的干扰、隔离方式的选择、隔音的效果、空气的洁净程度、温湿度及通风设计等。比如对系统环境温度的要求，各家DCS系统要求略有差别，但基本保持在25-28℃之间；在满足机房空气洁净度要求的基础上，确保通风良好，保障运行人员的身心健康；对于机柜室的散热，可以考虑柜式空调和加湿器配置的方案。同时考虑机柜室与操作室的冷热平衡问题。

2.2 DCS硬件系统、现场安装安全

2.2.1 机柜安装

两个接地的DCS系统，需要将柜底座与安全地进行接地，如果只要求有一个接地的DCS，那么安全地与系统地则需要在整个机柜底座的两端进行接地。除此之外，由于机柜底座与安全地基地出现电势差，会导致系统接地不够稳定。另外，对于只有一个接地的DCS系统，要保证DCS系统的信号保持在统一稳定状态。根据笔者实际经验得知，如果电势差比较弱，则不会对系统安全产生影响。所以如果出现系统无法解释的现象的时候，需要对接地问题进程充分考虑。

正确的接地能够抑制电磁干扰所带来的影响，并且也能够抑制设备所出现各种干扰信号。但是如果接地不当，那么则会引起严重的干扰，会对整个系统工作产生不利影响。所以接地系统不当需要针对系统干扰，需要保证各个接地点的电位部分均匀，要保证不同接地点之间的地电价差保持稳定性，否则会引发环路电流，对整个系统安全造成影响。因此，需要保证电缆屏蔽层接地，使其产生电位差，这样才能真正提高电流的额数。

2.2.2 对线缆槽盒的安装要求

槽盒需要保证电缆的屏蔽，需要保持信号避免产生干扰。对于220VAC电源电缆，要保证电缆在通过弯头、三通、穿线管时避免损伤电线绝缘外皮。

2.2.3 网络通讯系统的安装要求

配线包括由DCS厂商提供的专用通讯、电源、信号线缆以及接地线和由设计部门提供的220VAC线缆和24VDC配电线、信号和接地系统线缆。

一般情况下通讯电缆是由供货商所提供的，在进行安装的时候能够根据电缆的位置、走向，避免出现电源线缆平行敷设现象。冗余的网络的线缆应分别布置并相隔，按规程要求施工,网络屏蔽线连接正确，应对网络全程进行屏蔽，走穿线管，达到防水、防动物。

2.2.4 供电系统

供电系统中主要包括了两种电线，分别是220V交流供电线缆、24V直流配电线。针对这种现象则需要使用槽盒实施单线走线，这样便可以避免与信号线产生影响，并且能够避免回路与短路问题的出现。

2.2.5 I/O信号

一般而言，信号线需要避免外界因素的影响，需要进行屏蔽，可以实施一端接地的基本模式。

2.2.6 地线

严格按照相关配置要求，在安全栅上进行mA/V转换的系统，要保证信号参数的正确性，否则会对整个信号造成影响。

3 日常维护及检修时的安全

3.1 日常维护

为进一步保证DCS能够得到正常运行，则需要保证系统能够具有良好的运行环境，要保证温度的适当以及空气的清新。一般而言，DCS最佳的工作温度是28℃。如果保证空气洁净，能够避免电源或者CPU表面温度过高，从而出现死机等故障。因此，在日常工作之中，需要检查电源卡件、检查风扇运行情况，相关维修人员需要定期或不定期地进行清扫，保证机器的良好运行。除此之外，还要观看状态指示是否处于正常化，电扇运行有没有异常声音等，如果发现故障与问题，则及时采取措施，避免事故的发生。

3.2 系统组态的修改

在系统的整体运行过程中需要避免出现组态修改现象，如果可以在操作站上修改那么不需在别的地方修改，另外还要对控制器进行存盘，或者在工程站进行存盘，避免在日后出现数据库内容不匹配等现象。另外，如果有必要，需要对系统组态进行修改，并将内容进行备份，这样便可以保证硬盘的安全性，即便日后硬盘出现故障无法恢复，也能够保证数据库的稳定性。

3.3 备件的储备

需根据运行经验，在订货的时候要求订货商提供备件，并且在实际工作之中，系统发生故障或不确定性，则需要利用备件保持平衡与稳定。因此，应根据实际的备品、备件消耗情况，随时进行补充。根据经验，需要储备的货物包括电源、电池、控制卡以及显示器、鼠标、硬盘等。其中值得注意的便是硬盘，需要保证具备光盘备份，能够避免系统启动过程中因为硬盘而出现故障，甚至出现系统瘫痪等。

3.4 故障的处理

积极制定相应的检查内容，在日常检查中发现所存在的故障、问题，隐患，以及预见故障的发生。通过与运行人员的沟通、查看操作员站的报警一览表，以及检查系统卡件的运行状态指示灯，了解和判断系统各部件的健康状态；通过查看温湿度计，了解空调、加湿器的运行状况；通过声音、异味来判断电源、风扇等设备的运行状态。

例如在温度监控方面，我们规定：定期使用便携式远红外线测温仪对发热量较大的电源、DPU卡件及模块进行测温，发现有温度高时对卡件进行更换及采取措施。图1所示为我厂减温减压器DCS系统的1#、2#两块24VAC模块，互为冗余；图2是使用便携式远红外线测温仪对两块模块检测的照片。图中显示黄色，表明1#电源模块温度已高于周围环境及2#电源模块（蓝色）的温度。如果显示红色则表示其温度更高。实测温度表明：1#电源模块表面温度达到41.7℃，2#电源模块表面温度为35℃。

图1 电源模块

图3 温度曲线图

图2 电源模块温度成像图片

根据定期检测机柜室内各点的温度，绘制成温度曲线图。图3所示为2012年1月~2012年12月的温度变化曲线。根据卡件及模块表面温度的变化趋势，结合机柜室及室外的环境温度，采取如，加强通风、调整空调的设定温度值、加强特护等措施。如果某一电源卡件（模块）的表面温度异常高于其它电源卡件（模块）或高于其技术参数的要求，就要及时检查原因，必要时检修或更换该电源卡件（模块）。

仪器维护人员如果在巡检过程中发现故障，则需要及时进行处理，对于影响整个系统稳定的故障问题，则应实行报告制度，做好分析评价和启动应急预案，办理工作许可票据。处理故障时，做好防静电措施，必须有监护人在场，避免误操作。

4 结论

随着科技的发展、技术的进步，DCS系统的硬件、软件必将有更可靠的保证，相比之下，人为因素将更为突出。因此，做好科学预见，重视DCS系统的安全问题，其发展前景必将更加广阔。

Several Measures to Ensure the Safe Operation of DCS System

I Starting with the software and hardware of DCS system, through the system design, configuration, environmental requirements, hardware integration and on-site installation, routine maintenance and maintenance, combined with the practical experience, this paper introduces the DCS system security analysis and exploration, to ensure the safe， reliable, economic operation of DCS system.

DCS system; Software; Hardware; Security

B

1003-0492(2015)10-0093-03

TP273

朱永波（1965-），男，黑龙江伊春人，工程师，计算机科学及技术专业学士学位，现任黑龙江省大庆石化公司热电厂仪表车间主任，主要研究方向为工业生产自动化。