DCS安装与维护浅谈（终搞）.docx

DCS安装与维护浅谈胡智敏杭州电化集团有限公司 关键词：氯碱化工；DCS；安装；安全运行；维护；体会 摘要：从安装维护的视角，介绍了 DCS安装前后碰到的一些问题及解决方法，以DCS的功能为技术手段，分析处理生产过程中的一些异常现象概述安全生产是化工企业生存发展的根本，只有做好安全生产，才能确保生产顺 利进行，并促进企业的发展要确保生产安全，必须提高生产过程自动化，而 DCS系统以及性能稳定可靠，功能强大实用，操作方便简捷著称，它兼有传统模 拟仪表和计算机系统的优点，又兼容现场检测仪表、执行器，可以完成从简单的 回路控制到复杂的多变量优化控制，可以进行反馈控制，顺序控制、逻辑控制， 它能实现监控、显示、打印、报警、历史数据贮存等操作DCS关键设备采用双 重冗余，1/0信号也可根据重要程度，自行决定输入/输出信号冗余，由于采用 标准化接插件和端子板，能节省大量接线和布线工作量，控制屏、柜体积大大缩 小，因而安装周期较传统仪表要短因此我公司近几年来先后在PVC聚合，氯乙 烯，烧碱离子膜，氯氢，格林达电子级TMAH等项目中的自动化控制及系统安全 联锁中采用了中控的JX—300X, ECS—100及和利时共九套DCS系统，它们以安全生产为已任，为生产保驾护航，取得了令人满意的效果，本人试着就如何用好 DCS为生产服务目的，结合几年来在安装，维护DCS中的一点心得体会，谈谈自 已对DCS投运前后的一些粗浅体会。

一、氯碱企业作为用电大户，生产现场先天不足，电磁信号非常复杂，既有毫 伏级的小信号，又有几百伏，几万伏，数万安培的大电流；其中不乏交流低频 信号，更有大量工频50Hz信号，它们充满于检测仪表，DCS与执行器之间，是 困扰DCS系统正常运行的一大隐患，对此我们主要在DCS投运前做了三方面的 工作1） 、消减电磁场DCS控制室尽可能远离电磁场，超声波等辐射源，不与电力线，会产生强交 变磁场的电机，可控硅或接触器，变频器为邻，避免与电弧焊机成为近亲，因为 上述设备的干扰信号都有可能进入系统中，严重情况下会引起数据丢失，损坏磁 盘数据，CRT显示不稳，色彩失真等错误如我们离子膜控制室的选址中限于实 际情况，控制室近距离紧挨分别为12KA, 13KA, 53KA三个大电流，最远处也不 过5M,环境非常恶劣，后来我们采用金属屏蔽墙化解了矛盾，明显改善了工作 环境PVC干燥中，两只离心机，两只鼓风机电机功率各有 KW和 KW,起动 电流非常之大，常造成部分数据失真，屏蔽晃动，后将电机主回路及互感器移至 楼下成功地消减干扰，使DCS得以正常工作2） 、接地系统的设置从抑制干扰，防止电力系统对DCS系统的干扰来看，电气与DCS系统的接地 各自为政无疑是明智的，为DCS设置独立的接地系统，是DCS可靠工作的前提， 但从我们几年来实际安装来看，这样做有以下不足之处：1）、DCS系统单独设置接地系统，由于接地网小，抗干扰能力差，易受地电 位的影响，当出现雷电，大电机投运时，易使地电位波动，最终有可能造成DCS 误动作。

2） 、单独设置接地系统投资大，安装维护麻烦3） 、在爆炸危险场所，由于地电位的存在，不同接地点的仪表直接或间接 接触时，可能产生火花引起爆炸而要防范于未然，各接地点电位要接近相等鉴于以上不利因素，同时考虑到电气往往在建筑四周设置一圈接地桩甚至与 地下建筑基础连成一体形成一个接地网，它的接地电阻非常小，远远优于W4Q 的要求，这对抑制干扰是非常有效的，所以在近几年的DCS安装中，我们直接采 用电气保护地为DCS保护地，既达到电位平衡的目的，又满足了 DCS对防爆和抑 制干扰的要求3）、电缆的敷设在敷设电缆时，对毫伏、热电阻等小信号采用屏蔽电缆有绝缘护套，不在尖 锐边缘的金属部位拖拉电缆，力求安装过程中不损坏护套，保证了屏蔽层的连续 性，最终在控制室一端接地二、保证DCS可靠稳定，首先要提高供电的质量和可靠性1、 外电源1： 1冗余配置的同时，可以自动切换2、 配用UPS,同时考虑以下因素：选用具有变压稳压和维护旁路功能的UPS,且维护旁路应自变压稳压后引出， 或维护旁路单独设有稳压变压器，UPS内部主电源与旁路电源具有同步功能的 UPSo单相UPS容量有限，较大UPS大都是三相电，三相UPS输出相位的对称性取 决于三相负载的对称程度，尽可能平均分配UPS的三相负载，并选用具有相位调 整功能的UPS,我（门公司引自意大利的两套离子膜制碱装置，由于I/O点达1500 余个，有三个控制站，5个操作站，因而配用了三相UPS,同时为了确保UPS的 可靠性，将电磁阀，变压器等感性负载接于市电。

选用瞬断时间小于DCS允许瞬断时间的UPS, UPS内部有几种情况会造成输 出中断：a.当主电源断电后，后备电池放电结束，负载向旁路切换b. UPS内逆变器 损坏，负载向旁路切换c.负载电流超限，手动向旁路切换因为当负载向旁路电 源切换时，由于主电源内阻很小，一般不会造成电压瞬间跃升，但负载返回逆变 器时，则会出现瞬间电压下降3、 UPS输入采用双电源冗余供电，且主备电源之间能自动进行无扰动切换4、 出于分散目标，降低风险的目的同时考虑到UPS容量毕竟有限，对控 制站，操作站，联锁电源采取市电，UPS同时供电，冗余，保证外网失电后， DCS仍能可靠工作十余分钟，为处理突发事件争取了宝贵的时间投用过程中，要对控制回路的PID参数进行整定，即配合对彖特性，合理地 选择回路的各个参数，以求得最佳的控制效果，所以，为回路寻找合理的参数是 回路自控的前提，更是保证生产优质高产物的一项重要工作本文以JX-300X 为例，介绍用经验法结合DCS的趋势曲线，输出阀位限幅整定PID参数1、首先根据改造前传统调节系统总结出各类对象最佳PID参数的区间，如下表 所列：经验法参数整定被测变量特点5%Ti分Di分流量对象时间常数小，P值要大，Ti要短，不用D40-1000. 1-1温度对象容量滞后较大，受干扰后，变 化迟缓，P要小，I要大，需用D20-603-100. 5-8压力对象容量滞后一般不太大，大多不用D40-700. 4-3液位对象时间常数范围较大，在允许有余差时，不必用I, 一般不用D20-802、趋势曲线的应用将不同参数、不同数值（测量值PV、给定值SV、输出值MV）的实时曲线（最 多8条）放在同一趋势画面中监视生产或PID参数整定。

每一个控制回路都做一 幅与之相关的实时趋势（时间范围可调20min）,且在做测量值和给定值的趋势 时，把其趋势量程设置为较小的数值，以便观看趋势变化情况，便于判断PID 参数整定的好坏这里以PVC聚合注水流量控制回路的PID参数为例，说明如何 应用实时趋势实现PID参数整定先用经验数据将PID参数设置为P=150, 1=0. 5, D=0o其次根据做好的趋势，观察PID参数整定效果，趋势有：流量、给定、阀位 输出值及与此相关的无离子水压、聚合釜压力，测量值最后根据实时趋势判断PID参数合适与否，如果测量值偏离给定值太多，产 生波动时，则首先要看注水泵出口水压如有波动，说明目前工况不稳定，待稳 定后再判断；如无波动，根据测量值曲线围绕给定值曲线及阀位输出值，判断P、 I值是否合适如测量值围绕给定值曲线上下波动，呈发散状，或者阀位值曲线 剧烈震荡，说明P值太小如果测量值围绕给定值曲线为收敛状，但恢复较慢， 或阀位曲线为锯齿状，说明I设置太小如果流量变化快，而温度曲线变化很慢， 说明D设置太小根据这些规律，将PID设置为：P=450, 1=2, D=0o控制质量 即达到生产要求，且适合从2500到3型共16种型号PVC树脂的注水自控。

3、 输出阀位的限制对有些控制回路（如塔的进料量和压力、液位、压力）在对其进行PID参数 整定时，有时由于PID参数不合适，或阀门口径过大或太小，会造成调节阀全关 或全开，而正常平稳生产是不允许出现此类现象的，因此，在对其进行参数整定 的同时，对其控制回路的输出量程的上下限进行限制，使其在一定范围内工作（不 使其全开或全关）如聚合注水槽液位控制回路，将其阀位限制为10〜100%, PID 参数设置为P=50, 1 = 1.5,即有效地避免了调节阀全关现象4、 串级调节系统的PID参数整定串级调节系统要求调节参数、被调参数在干扰作用下，变化都是缓慢而均匀 如PVC聚合釜温和夹套温度组成的串级调节回路，要求主变量釜温有较高的调节 品质，其最大偏差不能超过0.2C,对副变量要求不高，允许有一定的变化 我们采用逐步逼近法进行整定由于主环起恒温作用，要求无余差，主环用PI 调节，副环起随动调节作用，为保证其快速的特点，一般采用P作用就行了，也 可引入微弱I作用，一般副环不引入D作用先按经验将主、副调节器P设置为 一数值，再由大到小调整，按照“先副后主”、“先比例次积分再微分”的原则， 使调节过程缓慢的非周期衰减过程。

如聚合釜温控制最后主环设置为P=12, 1=2,D=0. 5；副环P=9, 1 = 1.0,釜温控制平稳PID参数整定关系到自动调节的好坏，若整定不好，就会降低自动调节的质 量，造成产品在质量及数量上的损坏对于不同的工艺及设备条件的控制回路有 着不同的要求，如要求不高，常用P调节器，对D作用，一般只在温度调节系统 采用但不管使用何种PID参数整定方法，最终都要把参数整定为最佳，满足工 艺对控制的要求四、DCS日常维护中碰到的问题：正确诊断与排除DCS故障是保护生产及操作人员安全，维持生产稳定的重要 保证DCS具有较高的可靠性，自身发生故障的机会比较少，故障绝大部分发生 环境恶劣的外围检测仪表、测量线路及执行器上，安全栅、电源也不可疏忽1、醱DCS之间实现信号传送，理想状态就是参与互传互递的DCS共有一个“地”, 使它们之间的信号参考点之间的电位为零在生产实际，这是不可能的因为除 各个DCS “地”之间的接线电阻产生的压降之外，还有所处环境不同，酸雾碱尘 对接点侵蚀大相径庭等因素，致使各个“地”参差不齐，最终会造成DCS系统信 号偏离，影响了 DCS正确采样和指示在PVC生产中，工艺要求将下游干燥工段 浆料高位槽液位除在干燥DCS上显示的同时，还要在上游聚合工段DCS上显示， 但信号虽经隔离传送，结果聚合DCS显示的液位信号还是严重偏离了真实值，经 检查发现检测隔离器的输出与电源共地，后采用电源与输入、输出两个部分完全 隔离的1： 1隔离器，故障即被排除。

聚合刚在1#釜上试行注水时，1#注水流量在DCS上为零，查流量计，调节阀， 线路均无异常，后查安全栅时，在其外挂安全栅，流量即恢复正常，原来是安全 栅信号负端与地连通，信号通过地与其余信号产生干扰所致，上述两个实例告诉 我们，变送器与DCS之间，DCS与DCS之间要实现电气隔离，变送器之间也要实 现相互电气隔离，自控装置遵循了这两个原则就能完全克服由于“地”之间的差 异引入的干扰现在我们在离子膜与氯氢DCS之间，氯压、氢压信号互通；电槽整流电流与 离子膜，氯氢DCS信号互通中，全部采用了 1： 1隔离传送，均取得满意效果DCS与DCS之间、变送器与数显表DCS之间的信号传送电源电源DCS与DCS传送变送器与数显表DCS之间的信号传送2、DCS具有历史趋势记录、操作记录、报警值、报警时间记录、故障诊断等功 能，趋势、操作记录真实地记录了历史上各参数的数值和操作人员所做的工作， 报警是系统对某一参数超出正常范围的一种警告而故障诊断是DCS对所有模拟 和数字的输入和输出信息监控，通过它可测试和判断问题所在，再结合趋。