仪表DCS控制系统调试
仪表DCS控制系统调试
DCS 系统检查调试
要完成对 DCS 系统的检查和调试，，，必需首先对系统的结构、原理、操作以及其控制特点充清楚确后 才华举行，，，下面从 DCS 的界说（包括了系统的宗旨和要求）睁开划分先容系统的作用，，，完成这些功效需 要具备的软硬件设置以及由此形成的系统检查调试要求。。。。。。
1995 年国际标准化组织（ISO）为 DCS 系统作的界说为：DCS 系统是一类知足大型工业生产和日益 重大的历程控制要求，，，从综合自动化角度出发，，，按功效疏散、治理集中的原则构想，，，具有高可靠性指标，，， 将微处置惩罚机手艺、数字通讯手艺、人机接口手艺、I/O 接口手艺相连系，，，用于数据收罗、历程控制和生 产治理的综合控制系统。。。。。。
可以看出，，，DCS 系统的手艺基础是微型盘算机，，，应用工具是生产历程，，，手艺特点是集中操作、治理 和疏散控制。。。。。。其英文名称为 Distributed Control System（简称 DCS），，，从历程控制来讲，，，由于是将计 算机手艺应用到自控领域上，，，因此系统具有双重特征； ；；；；从历程治理上讲，，，DCS 又引进了信息通讯手艺，，，这是 DCS 系统检查调试的依据和基本点。。。。。。
1、典范DCS 系统组成
集散控制系统虽然品种繁多，，，但一个最基本的 DCS 分为两级（历程控制级和历程治理级），，，包括四 个大的组成部分：现场控制站（历程控制级）、操作站、工程师站和一条系统网络（历程治理级）。。。。。。
其中现场控制站是 DCS 焦点，，，完成控制功效（包括机柜间和现场装备，，，主控制器与 I/O 装备之间使 用控制网络毗连）； ；；；；操作站主要实现人机界面（操作间）； ；；；；工程师站主要作用是对 DCS 举行应用组态（单 独）； ；；；；系统网络毗连系统各个站，，，实现数据和信息的传输。。。。。。
下面以honeywell的TDC3000为例说明系统的组成。。。。。。
TDC3000 有两条网即局部控制网络（LCN）和通用控制网（UCN）以及其网上装备组成。。。。。。
LCN 网络 (1)网络装备
LCN 作为历程治理网络除了操作站、工程师站外还挂接了以下装备：应用模件AM（提供高级控制和 盘算算法，，，是 LCN 上的模件）、历史模件 HM（大容量存储模件，，，存储历程历史数据、系统软件、用户应 用软件等），，，另外它通过网络接口模件(NIM)与历程网络 UCN 毗连（不可直接与现场毗连），，，使其成为一个节点，，，从而实现对现场的历程治理。。。。。。
每个LCN 装备都是由电路板和外部装备组成，，，电路板包括有四个方面：主板、内存板、接口板和特 性板，，，其中前三个通用，，，特征板决议了LCN节点类型的板卡，，，差别装备这块板差别，，，它提供节点对外部 装备的驱动以及与外部装备的毗连，，，而接口板提供与 LCN 的毗连。。。。。。
NIM 是 TDC3000 中毗连 LCN 和UCN 的节点，，，它既是 LCN 的节点，，，又是 UCN 的节点，，，具有双重身份。。。。。。主要是实现LCN 与UCN 的时钟同步和实时数据交流以及二者间通讯协媾和数据名堂的转换，，，LCN 通过NIM会见 UCN 的数据并把程序和数据库加载到 PM 中去，，，UCN 则上传报警和信息。。。。。。
冗余装备的主装备节点地点为奇数，，，副装备节点地点为偶数。。。。。。
（2）网络通讯
接纳总线型通讯网络，，，“令牌传送”协议； ；；；；以两条冗余的同轴电缆作为主要传输介质，，，传输速率为 5 兆位/秒，，，每段电缆长度不凌驾 300 米，，，每条电缆的两头各需要一个 75Ω的端电阻； ；；；；电缆通过“T”毗连器与 LCN 模件上的接口板相连，，，网络上的模件顺序毗连，，，最多可接 64 个模 件。。。。。。
（2）UCN 网络
（1）网络装备
历程治理器（Process Manager,PM）—数据收罗和历程控制于一体的历程接口装置； ；；；；逻辑治理器（Logic Manager）； ；；；；
高性能历程治理器（High Performance Process Manager，，，HPM）； ；；；；先进历程治理器（Advance Process Manager,APM）。。。。。。
其中 PM 由三个部分组成：PM 组件（PM Module，，，PMM）、输入输出子系统（I/O Subsystem）和现场 接线端子板（Field Termination Assembly）,加上电源等辅助部分一起装在机柜中。。。。。。PMM 由 5 个卡组 成：
Modem 卡，，，用于毗连 UCN 网络电缆，，，吸收和发送与 UCN 的通讯信号； ；；；；(对上，，，毗连网络)
Commun 卡，，，支持网络数据会见、点对点通讯； ；；；；（支持网络）
I/O Link 卡，，，与 I/O 卡件通讯； ；；；；（对下，，，面向现场�。。。。。�
Control 卡，，，完成种种控制运算； ；；；；（对内，，，控制功效）
Redun 冗余卡。。。。。。
（2）PM 与UCN 毗连
UCN 网络由主干（Trunk）电缆、支线（Drop）电缆和“Tap”毗连器把各个装备毗连起来，，，电缆接纳同轴，，，主干是 Tap 头之间毗连线，，，支线是 Tap 头与装备之间的毗连线，，，Tap 头没有毗连电缆的接线端 必需毗连一个 75Ω电阻。。。。。。
（3）通讯
接纳点对点（PEER-TO-PEER）通讯方法； ；；；；双电缆冗余通讯，，，通讯速率是 5 兆位/秒； ；；；；载波、令牌总线网络通讯； ；；；；网络距离 300 米，，，节点间电缆长度最多 50 米。。。。。。
为了使系统越发可靠，，，集散系统得处置惩罚器、内部总线、电源均接纳了冗余设置，，，主要的 I/O 卡件也可设置为冗余方法。。。。。。
系统内部有很强的自诊断功效，，，一样平常卡件支持热插拔，，，降低了系统故障的诊断时间。。。。。。
3）操作站的类型
通用操作站（Universal Station,US）； ；；；；
带 Unix 的通用操作站（Universal Station X，，，UXS）
全方位用户站（Global User Station，，，GUS，，，它以 PC 机为硬件平台，，，增添一个 APP Node 专用的LCNP 扩展板，，，支持 LCN 通讯，，，实现与 Windows NT 操作系统的毗连，，，提供外地窗口应用程序的显示与操 作功效）。。。。。。
下面是 TDC3000 通用操作站 US 操作员键盘图。。。。。。
键盘右半部分是系统已经界说好的功效键和辅助键，，，左半部分中上面是供用户组态界说的功效键（通常能过是流程图画面），，，下半部分是字母键。。。。。。
检查调试项目由于 DCS 同时具备了自控和盘算机双重手艺，，，检查调试的项目应涵盖这两个方面，，，按流程依次为：盘算机系统事情条件（情形和装置）→系统装备的运行状态确认（简单和网络各节点）→运行中故障一连的冗余测试→通道、精度和参数检查的 I/O 测试→实现自动控制的功效检查，，，包括以下项目：
辖档同接检查； ；；；；
上电条件确认； ；；；；
硬件状态确认； ；；；；
系统软件试验； ；；；；
应用软件试验； ；；；；
系统回路试验。。。。。。
历程操作
操作站是人机界面临话窗口，，，是系统功效检查调试的终端，，，所有的测试和试验功效确认都可以在操 作站实现。。。。。。
3.1 辖档同接检查现场控制站、操作站、工程师站等装置完成后，，，需要对系统的各个节点举行毗连，，，包括单位供电、信号、接地和通讯四个方面。。。。。。
（1）电源凭证图纸要求，，，将供电电源从电源分派柜引出，，，毗连到节点电源端子上，，，需要注重的是，，，接线前要 确认电源主副回路，，，不可接错。。。。。。
（2）信号包括了两个方面，，，一个是来自于现场的信号电缆，，，它们毗连到端子过渡柜、清静栅柜或者控制 柜的端子排上； ；；；；另一部分是从端子柜毗连到 FTA 卡的连线，，，包括了室内返线和盘内返线，，，厂家成套提供 的 FTA 卡到卡件的专用电缆也作为信号回蹊径毗连。。。。。。检查重点包括五个方面：信号线与电源线之间的走向和距离（50mm 以上），，，当无法知足平面距离要求时接纳的步伐（分 层或装置屏障板接地）是否合理； ；；；；本安系统有关的电缆（本安电缆与控制电缆有区别）和端子排色标（通常为蓝色）切合要求； ；；；； 接线确保清静区与危险区的隔离，，，知足进线/泛起统一要求； ；；；；盘柜内本安回路导线要单独成束，，，与非本安导线分汇线槽安排，，，当无法阻止时要用绝缘纸隔离； ；；；；系统电缆（随机带来的）外观和型号尺寸检查知足手艺要求； ；；；；
（3）接地
接地电缆包括了事情接地和保� ；；；；そ拥亓街掷嘈停�，，需要严酷凭证厂家和设计要求的方法举行，，，检查包 括：事情地与保� ；；；；さ夭豢煞浩鸹旖樱� ；；；；接地端子毗连方法准确，，，压接牢靠； ；；；；接地线材质和直径选择知足系统（设计）要求； ；；；；接地线绝缘护套的颜色切合设计要求，，，未划准时应接纳黄绿相间色或绿色（有些地方要求区分 事情接地和保� ；；；；そ拥兀�，，使用差别颜色护线套）； ；；；；屏障接地毗连到事情接地上，，，形成单端接地，，，保� ；；；；そ拥夭豢山幽纱问剑� ；；；；当机柜供电电源线与信号线交织，，，或者盘柜内有 220V 用电装备时，，，盘内返线屏障层（或者备 用线）也应单端接地，，，或者与现场来的信号线屏障层形成电气一连后单端接地。。。。。。
（4）通讯
通讯电缆是指毗连网络节点、实现数据和信息传输的介质，，，从制品角度分为厂家成套供货和现场制 作两种，，，检查的主要方面包括：由于传输历程会泛起信号衰减，，，系统厂家对电缆长度有要求； ；；；；电缆的材质决议了电缆的传输速率（波特率），，，以是要检查电缆的型号规格； ；；；；网络端点要加终端器实现系统匹配（如 TDC3000 中 UCN 网络中使用的 Tap 毗连器没有毗连电缆 的接线端需要一个 75Ω的端电阻）； ；；；；为了避免滋扰，，，通讯电缆应单独敷设，，，阻止与其它电缆混放。。。。。。
上电前检查
为了确保系统上电时不会损坏装备并使其处于事情状态，，，需要提前对有关项目举行二次检查，，，检查 项目包括：情形条件检查（温度、湿度和清洁度）； ；；；；种种电缆划分使用了差别的进线口； ；；；；接地电阻值（保� ；；；；そ拥睾褪虑榻拥兀�，，接地电阻测试报告）； ；；；；供电系统电源（电压幅值、频率和主副回路）； ；；；；确认所有装备电源开关都在“OFF”位置。。。。。。� ；；；；裰懈鞑蹇ǎㄗ爸梦恢谩⒐娓瘛⑿秃藕臀锢淼氐悖� ；；；；外围装备（如打印机）。。。。。。
硬件测试
TDC3000 系统硬件包括 LCN（局部控制网）装备（操作站 / HM/ NIM/ AM）、UCN（通用控制网）设 备（PM/ APM/ HPM/ LM/ SM）和外围装备（打印机等）。。。。。。
检查无误后逐个对系统的各个设惫亓，，，正常后运行厂家在装备上设置好的硬件测试程序，，，完成各 个装备和系统的自检功效，，，确认机柜各卡件和操作站的事情优异，，，系统通讯各单位运转是否正常。。。。。。
软件装置
系统中使用的软件有系统软件（诊断程序/应用程序/组态程序/标准画面/等）、用户软件（组态结 果）和数据库软件（历程历史数据）。。。。。。
由厂家完成或按生产厂家以及随盘文件装载手艺要求，，，使用光盘或 ZIP 盘从工程师站装载系统软件 和应用软件并下载到各控制单位。。。。。。
下载完成后在调试前和调试后要对应用软件举行拷贝。。。。。。
系统启动
启动网络各个节点，，，确认系统状态显示正常。。。。。。
（1）系统状态检查操作
TDC3000 系统装备在运行同时举行自测试，，，系统的状态通过两种方法可以展现出来，，，供检查调试职员判断：
①各个模件和卡件都有状态指示灯，，，报告着装备的运行状态是否 OK。。。。。。例如 UCN 上的 PMM 和 IOP 模件，，，PMM 的五个卡件和 IOP 卡件每个上都有两个 LED 指示灯，，，一个是电源指示灯（POWER），，，另一个是 状态指示灯，，，前者体现是否有 24V 电源，，，后者则体现卡件的状态（点亮体现状态 OK，，，闪灼体现软故障，，， 熄灭代表硬故障）。。。。。。
②通过 US 对系统状态的检查
US 操作站中有一个 SYST STATS（系统状态）键，，，用于对整个系统状态举行检查的，，，功效如下：
显示 LCN 装备状态（如 CONSOLE、AM、HM 等）； ；；；；
显示 UCN 状态，，，OK 体现正常，，，FAIL 体现故障； ；；；；
显示每个方框（触标，，，即目的）的功效，，，可调出响应装备的细目状态信息，，，如 LCN 电缆状态。。。。。。其中绿色体现系统装备正常事情，，，黄色体现虽然还可以事情但有问题，，，红色体现问题严重不可事情了。。。。。。按下 SYST STATS 后泛起的画面如下：
从上面的画面上可以看出 LCN 网络上的各个模件（节点）的事情状态以及电缆状态。。。。。。每个挂接在
LCN 的模件都有一个自力的总貌显示，，，每幅画面上都能显示其它模件的状态。。。。。。如按 CONS STATS 键，，，就 获得一个 LCN 网上挂接的所有操作站的状态画面，，，包括了设定的节点号、操作站类型、现在的状态以及控制区域划分等信息。。。。。。
在操作站画面或模件状态画面上，，，都有一个 LCNOVERVIEW 触标，，，选择此触标可调出 LCN 总貌画面，，，由此相识 LCN 各个节点的运行状态。。。。。。
UCN 状态检查：
在系统状态画面上，，，历程网络状态部分指示目今各 UCN 的事情状态，，，当某条 UCN 网有问题时，，，可选 择该 UCN 触屏而进一步获得该 UCN 的状态显示画面，，，画面中各个 PM 的事情状态及 UCN 电缆状态等信息 会显示出来，，，包括这条网络上挂接的所有节点的 UCN 地点、电缆和模件（PM、APM、HPM、NIM、LM 等）状态。。。。。。
画面包括三个部分：
上部是 UCN 整体信息显示（左边：通讯电缆状态，，，OK-正常，，，Fail-故障； ；；；；右边：①UCN 的自控 状态（LCN 的装备对 UCN 装备举行设定值和输出值写操作），，，BASIC-榨取，，，FULL-允许； ；；；；②自动点检测状 态（每 4 小时将 UCN 的数据库自动存储到 HM 中去），，，ENABLE-允许，，，INHIBIT-榨取）。。。。。。
中心是 UCN 各个节点的信息，，，单个节点状态信息体现如下：
复合装备状态包括了（ALIVE、IDLE、IO IDLE 和 OK），，，冗余装备状态包括（ALIVE 和 BACKUP）。。。。。。
触屏单个节点，，，可以调出这个节点的详细状态画面，，，如一个 PM 中的 PMM、IOP、CABLE 等状态。。。。。。当 需要对 PMM、IOP 等更详细的信息时，，，通过选择框图再按 TETAIL STATUS 键实现。。。。。。
底部是控制 UCN 网络的各个下令触标。。。。。。
与上面的节点连系使用，，，先选择 UCN 节点，，，再选择下令触标，，，触屏下令列表如下：
从操作站上检查流程图、趋势图、组、细目和报警总貌显示； ；；；；
打印机功效和效果检查； ；；；；
切换主电源和冗余电源，，，检查系统运行不受影响。。。。。。
3.6 冗余功效的检查(参照《石油化工仪表工程施工手艺规程》
1）控制器冗余的检查
在操作台上调出系统状态显示画面，，，确认控制器 OK； ；；；；在另一操作台上调出一组画面且含有一个 位号，，，送 4～20mADC 信号于该位号，，，纪录丈量值、给定值和输出值； ；；；；
将主控制器电源开关置于“OFF”状态，，，确认冗余控制器自动投入运行，，，操作台显示的位号值保 持未便； ；；；；
将主控制器电源开关恢复“ON”状态，，，再确认操作台显示的位号值坚持稳固； ；；；；
关于冗余控制重视复上述事情。。。。。。
2）控制站冗余 I/O 卡件的检查
从操作站上调出控制站细目画面，，，确认所有 I/O 卡件状态正常； ；；；；
从另一个操作站上调出一组细目画面且含有统一个位号，，，送 4～20mADC 信号于该位号，，，纪录测 量值、给定值和输出值； ；；；；
将主控站I/O 卡电源开关划分置于“OFF”状态，，，确认冗余控制站 I/O 自动投入运行，，，控制站细 目显示画面状态准确，，，选择位号的变量值坚持稳固； ；；；；
主控站的I/O 卡电源开关重新置于“ON”状态，，，选择位号的变量值坚持稳固； ；；；；
关于冗余控制站 I/O 卡件重复上述事情。。。。。。
说明：关于可带电插拔系统可以手动拔下主 I/O 卡件，，，冗余卡件自动投入运行，，，且该卡件内各点各 变量坚持稳固。。。。。。再将主卡件插入，，，各点变量稳固。。。。。。关于从卡件重复上述事情。。。。。。
3)系统通讯冗余的检查, 通过软件手动切换主从通讯电缆，，，确认系统运行正常； ；；；；或断开其中一起，，， 确认另一起通讯是否正常、系统事情是否正常，，，恢复毗连后，，，通讯是否恢复正常。。。。。。
3.7 应用软件检查测试
应用软件检查测试主要包括三个方面内容，，，即系统组态检查、I/O 测试和控制功效测试。。。。。。
1）系统组态检查
系统组态由 DCS 厂家凭证订货条约中“手艺协议”的要求完成的，，，对这部分的检查到现在为止还在 由生产单位组织确认，，，DCS 厂家协助。。。。。。
检查的依据是组态文件（仪表回路、梯形逻辑、先进控制等）； ；；；；
检查的内容见《石油化工仪表工程施工手艺规程》SH3521
其中的常见看法：
系统（SYSTEM）：一条 LCN 网之下的硬件装备总体，，，称为一个系统
区域（AREA）：利便数据治理和划定操作站的操作内容而人为设置的规模，，，一个系统内最多可以有10 个区域，，，每个区域中包括若干个单位。。。。。。
单位（UNIT）：为利便数据治理而人为设置的规模，，，一个系统内最多可以有 100 个单位，，，每个单位 中包括若干个数据点，，，只有分派给某个区域的单位中的数据点，，，才华被操作员使用。。。。。。
点（POINT）：是系统中最小的控制单位，，，每个点代表一种算法详细应用且对应于历程中的一个仪表 工位号，，，一个点只能属于一个单位。。。。。。
参数（PARAMETER）：是算法举行盘算的依据和效果，，，操作员的操作指令最终通过改变参数的值来实 现。。。。。。
2）I/O 测试
I/O 测试是一种对通道、参数和精度的检查，，，在室内举行。。。。。。输入端在系统自身设置信号收支口接线 端，，，操作和确认在操作站举行。。。。。。需要注重的是，，，测试时对某一个参数点检查要周全，，，应包括了所有关联 画面，，，即细目显示、组显示、流程图显示和报警汇总显示，，，而不是简单在流程图举行。。。。。。
测试前应凭证 DCS 组态内容打印 I/O 清单，，，也可以打印出组显示画面作为测试依据。。。。。。
(1)模拟输入
调出即将测试的仪表位号，，，检查信号形貌和量程与设计要求一致； ；；；；
输入 4～20mA 信号（或温度信号）至响应位号的模拟输入卡通道端，，，在操作台检查信号指示值 应与输入的信号幅度一致； ；；；；
输入信号崎岖报警值，，，确认操作画面报警状态和报警总貌画面信息显示以及报警笛音； ；；；；
凭证点组态要求，，，检查信号超限时流程图显示状态信号。。。。。。
(2)数字输入
调出即将测试的仪表位号，，，在细目画面上检查信号形貌与设计要求一致； ；；；；
在对应数字输入卡该位号通道上改变开/关状态，，，在细目画面、流程图画面和组画面上确认改点状态转变； ；；；；
确认开关的正常/事故对应的开/合与操作站显示的状态统一。。。。。。
(3)模拟输出
从操作台画面上调出调理回路，，，将回路置于“MAN”状态； ；；；；
毗连细密电流表到对应模拟输出卡响应通道上； ；；；；
手动操作输出划分为 0%、50%、100%，，，检查电流表指示为 4、12、20mA。。。。。。
(4)数字输出
调出操作位号点，，，将其控制方法设置为“强制”状态； ；；；；
键入“1”或“0”信号或按逻辑关系知足输入条件，，，在端子柜响应端子上用万用表丈量输出信 号是否与设计一致。。。。。。
3）控制功效
DCS 中控制功效是在组态中选择响应的功效块举行毗连后实现，，，主要实现调理功效。。。。。。
单回路调理功效检查：细目画面下将控制方法置于“手动”状态，，，操作输出同时检查流程图画 面 OP 值追随转变，，，同时确认 SP 跟踪 PV 值； ；；；；将控制方法置于“自动”状态，，，改变 SP 值，，，检查输出转变 偏向确定控制正/反作用。。。。。。
串级控制调理功效检查：
主调理器凭证单回路调理功效检查； ；；；；
副调理器控制方法置于自动或手动（AUTO/MAN），，，确认主调理器操作功效无效； ；；；；
副调理器控制方法置于串级（CAS），，，主调理器控制方法置于“手动”（MAN），，，手动输出主调理器输 出，，，检查副调理器的 SP 值追随转变，，，同时检查副调理器的控制作用偏向； ；；；；
(3)逻辑运算
DCS 系统一样平常完成通例逻辑控制或顺序控制，，，而紧迫停车系统和清静仪表保� ；；；；は低呈褂米诺目刂� 系统。。。。。。
打印出梯形图和逻辑功效表作为试验依据； ；；；；
将大型逻辑剖析成为多个功效包，，，划分对每个包举行试验； ；；；；
使用“FORCE”（强制）功效对大型逻辑举行试验，，，对顺控系统凭证时间和条件作为主线逐条知足，，， 检查差别阶段对应的输出知足设计要求。。。。。。
