張 倩

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽472000）

在工業(yè)發(fā)展的當(dāng)前對電機的應(yīng)用需要越來越高，而10kV高壓電機的運用范圍也越來越廣。因此高壓電機在當(dāng)前發(fā)展中的需求還需要深入研究和改進，針對在運行過程中出現(xiàn)的故障原因，如系統(tǒng)突然停止運行、模塊斷電高壓電機停止運行的情況，由于不存在自動將正在運轉(zhuǎn)的高壓電機停止的可能性，為安全生產(chǎn)埋下隱患。因此筆者在探究DCS系統(tǒng)運用的同時，針對DCS控制高壓電機的改進實例進行詳細分析，為相關(guān)的生產(chǎn)發(fā)展提供理論參考。

1 DCS系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)具有很好的拓展性與延伸性，但是要保證DCS系統(tǒng)的可靠性主要有幾個方式，①廣泛利用高可靠性硬件設(shè)備和生產(chǎn)工藝來確保DCS系統(tǒng)的可靠性；②是大量采用冗余技術(shù)發(fā)展確保DCS系統(tǒng)的可靠性；③在軟件設(shè)計上實現(xiàn)系統(tǒng)的容錯技術(shù)、故障自動診斷技術(shù)、自動處理技術(shù)，確保系統(tǒng)的高可靠性與穩(wěn)定性[1]。

2 DCS系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

DCS系統(tǒng)過程控制級控制裝置各有千秋，如過程控制單元和現(xiàn)場控制站等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式一致，都可以統(tǒng)稱為現(xiàn)場控制單元FCU；過程管理級的組成有工程師站和操作員站等完成對過程控制級的集中監(jiān)視與管理，也被稱為操作站。在系統(tǒng)內(nèi)硬件和軟件都是按照模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計形成的。其實本質(zhì)上DCS系統(tǒng)的開發(fā)就是把系統(tǒng)提供的各種模塊整合為一個系統(tǒng)來使用，也被稱為組態(tài)[2]。

（1）現(xiàn)場控制單元。現(xiàn)場控制單元距離現(xiàn)場很近，但是與控制中心距離稍遠?，F(xiàn)場控制單元是由高度模塊化構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工程監(jiān)測和控制的需要，合理配置不同規(guī)模的過程控制單元。由多個功能分散的插板按照一定的順序安裝在插板箱中，控制單元與控制管理級之間使用總線來連接實現(xiàn)信息的交互溝通?，F(xiàn)場控制單元的硬件配置需要插件配置、主機插件（CPU）、電源插件等等；硬件冗余配置有利于提升DCS系統(tǒng)的可靠性，而在DCS系統(tǒng)上，無論是主機插件、電源插件還是關(guān)鍵I/O插件都能夠?qū)崿F(xiàn)冗余配置。硬件安裝不同的DCS系統(tǒng)對插件的安裝也有不同的規(guī)定，除此之外現(xiàn)場控制單元通常分為基本型和擴展性，其中基本型指的是各種插件安裝在一個插件箱中[3]。

（2）DCS系統(tǒng)操作站設(shè)計。操作站用來顯示和記錄不同控制單元的數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)關(guān)系與人之間產(chǎn)生信息交互的功能。操作站的構(gòu)成有主機系統(tǒng)、顯示器、鍵盤、信息存儲、打印等設(shè)備，主要實現(xiàn)顯示功能、操作功能、打印報表等功能。另外DCS系統(tǒng)操作站還有操作員站和工程師站的劃分。從系統(tǒng)上看操作員站主要是實現(xiàn)一般的生產(chǎn)、監(jiān)控等任務(wù)，完成數(shù)據(jù)信息采集、監(jiān)控限制和故障診斷等功能。工程師站還具有系統(tǒng)組態(tài)和控制目標(biāo)修改等功能。但是在硬件設(shè)備上來看多數(shù)系統(tǒng)的操作員站、工程師站都是在一個顯示器上的，僅用鍵盤加以區(qū)分。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

在軟件系統(tǒng)內(nèi)部現(xiàn)場控制單元的軟件主要包括數(shù)據(jù)巡檢、控制算法、控制輸出和通信等功能模塊。在軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)中心是核心，數(shù)據(jù)共享和執(zhí)行代碼都與實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，用來存儲數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)巡檢模塊使用現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，采集故障信息等對現(xiàn)場的信息運算、變換做一些輔助功能。DCS系統(tǒng)控制功能通過組態(tài)生成，對于不同的系統(tǒng)所需的控制算法和系統(tǒng)也各不相同，因此控制功能往往涉及到計算模塊、邏輯運算模塊、PID模塊等。

3 DCS控制運用發(fā)展趨勢

（1）系統(tǒng)本身的功能朝著開放式的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于封閉式，兼容性很難。開放式的DCS系統(tǒng)給予用戶更多的系統(tǒng)集成自主權(quán)，用戶能夠根據(jù)自己的需求選擇不同的廠家選擇設(shè)備、連接軟件資源等連入控制系統(tǒng)內(nèi)，達到系統(tǒng)最佳集成方案。這里除了DCS系統(tǒng)的集成之外，還包括DCS、PLC、FCS之間的大范圍集成[4]。

（2）儀表技術(shù)的發(fā)展從智能化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，而工業(yè)控制設(shè)備從智能化方向發(fā)展。說明這個過程能夠?qū)⒖刂频墓δ懿粩嘞乱?，真正在工業(yè)控制上實現(xiàn)全數(shù)字和全分散控制。在智能化背景下由于具備精度高、可靠性高的功能和優(yōu)勢，導(dǎo)致系統(tǒng)在安裝、維護、使用上都非常方便。

（3）工業(yè)控制設(shè)備軟件朝著更加先進的方向發(fā)展，在廣泛運用各種先進控制技術(shù)、智能技術(shù)的背景下，充分挖掘DCS系統(tǒng)綜合性能，實現(xiàn)其性能的最優(yōu)化和最直接化，最大程度充分挖掘系統(tǒng)控制功能的價值。以此對其的運用將集中在先進控制、工業(yè)設(shè)備過程優(yōu)化、信息集成與系統(tǒng)集成等方面，對于軟件的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化運用也將集中在這個方面。

（4）系統(tǒng)構(gòu)架朝著FCS的趨勢發(fā)展。從當(dāng)前的技術(shù)上看現(xiàn)階段的DCS系統(tǒng)集成的方式有三種。一直以來DCS系統(tǒng)發(fā)展的重點都在于控制上，以分散為關(guān)鍵。但是在現(xiàn)代化的發(fā)展中更重視信息的全系統(tǒng)信息綜合管理，因此在DCS系統(tǒng)未來的發(fā)展上還應(yīng)該將綜合作為發(fā)展的關(guān)鍵，實現(xiàn)控制體系、運行體系等朝著自動化、智能化方向發(fā)展。

4 DCS控制高壓電機的改進實例

4.1 故障情況分析

在造紙工廠的生產(chǎn)過程中，對紙量需求的增加導(dǎo)致單機設(shè)備的輸入功率也在不斷變化。以10kV高壓電機的應(yīng)用為例。高壓電機在控制上和低壓電機有區(qū)別，高壓電機有合閘線圈與跳閘線圈。在目前的運用中大量的工廠都是運用DCS系統(tǒng)輸出兩個高電平脈沖控制高壓電機的啟動、停止。但是在運行的過程中，如果DCS系統(tǒng)的CPU性能難以滿足需要，突然下降死機、UPS電源故障、DO模板斷電等原因，這個時候處于運行過程的高壓電機難停止。如果要停止高壓電機就需要通知專業(yè)人員到高壓配電室手動降停，或者是現(xiàn)場工作人員按下緊急按鈕停止工作。由于不能自動停止高壓電動機，在生產(chǎn)的過程中會容易造成設(shè)備破壞，嚴(yán)重的情況下還會導(dǎo)致安全事故[5]。

4.2 解決途徑

高壓電機在運行的過程中，由于真空接觸器有合閘線圈與跳閘線圈，合閘線圈得電的情況下真空接觸器合閘啟動高壓電機，反之高壓電機停止工作。在高壓電機常規(guī)線路控制中，針對電機的啟動、停止啟動命令，系統(tǒng)無論是DCS遠程控制亦或是本地控制，都屬于進入高壓微機綜合保護器的情況下，高壓微機綜合保護器輸出指令，真空接觸器得到合閘、跳閘的指令后進行得電動作；這個時候急停開關(guān)并不通過高壓微機的綜合保護器，直接與真空接觸器的跳閘線圈連接。DCS控制真空接觸器需要合閘、分閘兩個DI信號，這兩個信號都是在3s內(nèi)發(fā)出的脈沖信號，真空接觸器完成指令之后自動存儲信息。

在分閘的過程中使用了繼電器常開觸點，以此高壓電機在運行的過程中，繼電器是不會得到電的。蓋亞電機常規(guī)的DCS系統(tǒng)控制器邏輯是只有程序發(fā)出停止命令之后，才會發(fā)出3s的上升沿脈沖信號完成指令，然后繼電器得道電合閘真空接觸器跳閘線圈得到電，高壓電機的運行停止。但是如果是PLC、CPU司機、DO模塊突然斷電的情況，就不會有命令信號傳輸出去，這個時候就會出現(xiàn)電機一直處于運行狀態(tài)的故障情況。

4.3 改進途徑

在高壓電機二次控制回路的基礎(chǔ)上將停止控制回路使用的繼電器K12的常開觸點改動，轉(zhuǎn)移到K12的常閉觸點位置上。修改之后控制線路圖已經(jīng)改變。在DCS邏輯程序的修改上，把原來的邏輯脈沖功能塊TP后面加一取反控制的程序模塊。DCS系統(tǒng)正常運行的時候，一直發(fā)出“1”上升沿信號，讓分閘的DO信號保持在輸出狀態(tài)，繼電器一直處于得電的狀態(tài)。在上述步驟中已經(jīng)將繼電器K12的常閉觸點進行改進，常閉觸點與跳閘線圈回路連接，這個時候真空接觸器是沒有得到電的，若要停止設(shè)備的話DO點停止輸出3s，將會輸出3s的下降沿脈沖信息，繼電器K12就會失去得電狀態(tài)，觸點閉合。高壓柜真空接觸器的跳閘線圈的電控制高壓電機停止運行。

經(jīng)過上述的改進之后，CPU若出現(xiàn)斷電、死機的情況，系統(tǒng)中的全部DO點不會產(chǎn)生，這個時候繼電器失去電、常閉觸點處于閉合狀態(tài)；高壓柜中真空接觸器跳閘線圈得到電，進而控制高壓電機的運行停止。

4.4 改進結(jié)論

經(jīng)過上述的改進之后，高壓電機控制系統(tǒng)處于可靠的運行狀態(tài)，能消除設(shè)備運行中的安全隱患。但是由于在工業(yè)生產(chǎn)中存在諸多的不確定性，因此還需要采取合理的措施進行控制。如果生產(chǎn)中屬于新建項目的話，可以在項目設(shè)計階段，與生產(chǎn)高壓柜的廠家聯(lián)系，與DCS廠家共同進行設(shè)計，在設(shè)備出廠之前，對高壓柜的接線、DCS邏輯運行線路進行改動，方便工廠生產(chǎn)需要，從根源上解除隱患存在的問題。

5 結(jié)語

綜上所述，筆者在探析DCS系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和運行前景的同時，以工業(yè)生產(chǎn)中的實例為突破口，探析了的DCS控制高壓電機的改進實例。在改進之后高壓電機的運行與生產(chǎn)達到了預(yù)期的效果，而且對設(shè)備的啟動、繼電保護等不存在影響。與原本的設(shè)計相比，并不影響整體的運行，還降低了安全隱患發(fā)生的概率。