2023年尿素厂DCS控制系统应用及其故障探析.doc

尿素厂尿素厂 DCSDCS 控制系统应用及其故障探析控制系统应用及其故障探析 罗灿灿 摘 要：整个系统采用控制环节分散、数据处理集中的方式，即多操作站的 DCS系统。每个控制系统按生产线集成控制系统的一个控制站的原则建立，完成造尿素各工段的过程自动控制。本文主要探讨造尿素厂 DCS 控制系统应用及其故障。关键词：DCS 控制系统 软件 故障 近年来，在我国造尿素行业广泛采用 PLC+DCS 形式的集散控制系统结构。采用集散控制的多台 PLC 分担了系统功能，并将危险性分散。此外，还采用功能强大的工控机作为面向操作人员的操作站，人机界面友好、操作方便，并通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，确保生产过程的安全可靠、高质高效。这些控制系统的主要控制对象是造尿素生产中的各种参数。每个控制系统既有相对的独立性，又彼此互相联系。通过系统总线各车间和各工段的 DCS 连成一个网络。由 PLC 和 PC 机组成的 DCS 在造尿素过程控制系统的应用十分广泛1。一、DCS 的概念 DCS 即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是 4C 技术，即：计算机-Computer、控制-Control、通信-Communication、CRT 显示技术。DCS 系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。各 DCS 系统主要由基本 I/O 单元、过程主站、操作站、报警站、操作终端、显示器、报警打印机和报告打印机组成，再加上生产现场的检测仪表和执行机构组成一个完整的造尿素生产的自动控制系统2。二、造尿素厂 DCS 控制系统应用 1.JX-300XP DCS 系统的硬件体系结构 通行的 DCS 控制系统采用三层通信网络结构：最上层为信息管理网，采用符合 TCP/IP 协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传输和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层为过程控制网，采用了双高速冗余工业以太网，连接操作员站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络，采用主控卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。2.JX-300XP DCS 的系统软件构成及其组态 Advan Trol-Pro 软件包，可分为两大部分。部分为系统组态软件，包括：用户授权管理软件、系统组态软件、图形化编程软件、语言编程软件、流程图制作软件、报表制作软件、二次制作软件、Modbus 协议外部数据组态软件等；另一部分为系统运行监控软件，包括：实时监控软件、数据服务软件、数据通讯软件、报警记录软件、趋势记录软件、Modbus 数据连接软件、OPC 数据通信软件、OPC 服务器软件、网络管理和实时数据传输软件、历史数据传输软件等。DCS 的组态过程是个循序渐进、多软件综合应用过程，在应用 AdvanTrol-Pro 软件对控制系统进行组态时，可针对系统的工艺要求，逐步完成。主要应注意：数据库点组态与对应通道连接的现场信号一定要相匹配；PC 机内存应足够大，以免系统繁忙时引起系统管理混乱。三、故障与措施分析 1.站地址设置 主控单元背部接线端，有两个 6 位拨码开关，分别用来设定冗余主控单元的站地址，从下到上依次为第 16 位，用于设置主控单元站号，ON 为 0，OFF 为 1，双机系统，两个拨码开关要设成一致。2.接地 保护地、屏蔽地、系统地必须正确连接。保护地是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。屏蔽地可以把信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号质量。系统地就是 I/O 级设备的 24VDC 或 5VDC 的工作电源地。是为 DCS 电子系统提供可靠性和准确性的参考点。3.I/O 卡件与安全珊的关联 在许多工业现场为易燃易爆的场合，在信号通道上要串入安全栅以限制进入危险场所设备电能量，保证安全。接入负载时要考虑真正负载的要求以外，还要选择合适的安全栅，选择安全珊是主要考虑安全栅危险侧的输入电阻大小。4.卡件热插拔 DCS 冗余 I/O 卡件具备带电插拔功能。对冗余设置的卡件可在系统加电的情况下直接插拔本模块，不会影响本模块及系统的正常运行。对非冗余模块的插拔要注意判别卡件类型。如是控制类卡件，须确保被控制单元不发生违反工艺动作前提下进行插拔。5.I/O 控制卡件的在线操作 I/O 模拟量控制卡件是不允许在线测量的。2007 年，电厂煤气总管调节阀开度波动，维护人员对其在线测量（将电流表串联在控制回路），致使调节阀动作，管网流量及压力急剧变化，险些造成生产事故。因串联电流表测量须将输入或输出端子拆下，使输入与输出电流不同步，调节阀动作幅度很大，操作时应将调节阀调到手动状态或断电3。由以上分析可知，如果电压比（变比）不相同，两台变压器并列运行将产生环流，影响变压器的出力。如果百分阻抗不相等，则变压器所带的负荷不能按变压器的容量成比例分配，阻抗小的变压器带的负荷大，阻抗大的变压带的负荷反而小，也影响变压器的出力。变压器并列运行常常遇到电压比（变比）、百分阻抗不完全相同的情况，可以采用改变变压器分接头的方法来调整变压器阻抗值。若第三个条件不满足将引起相当于短路的环流，甚至烧毁变压器；因此，接线组别不同的变压器不能并列运行。一般情况下，如果需将接线组别不同的变压器并列运行，就应根据接线组别差异不同，采取将各相异名、始端与末端对换等方法，将变压器的接线化为相同接线组别才能并列运行。根据运行经验，两台变压器并列，其容量比不应超过 3：l。因为不同容量的变压器阻抗值较大，负荷分配极不平衡；同时从运行角度虑，当运行方式改变、检修、事故停电时，小容量的变压器将起不到备用的作用。参考文献 1程武山.分布式控制技术及其应用M.北京：科学出版社，2008.2凌志浩.DCS 与现场总线控制系统M.上海：华东理工大学出版社，2008.3周小力.浙大中控 JX-300X 系统与应用 J.自动化与仪器仪表，2007（1）.