李春光

（重慶川儀控制系統(tǒng)有限公司，重慶 400707）

隨著數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換、高精度采集、數(shù)據(jù)記錄與分析、日志上報(bào)、趨勢(shì)等功能更加完善。DCS 平臺(tái)可以提供多種控制、保障和監(jiān)測(cè)信息，以確保工廠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。在DCS 中實(shí)施KME 系統(tǒng)功能有助于工廠運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和管理等各個(gè)部門有效地使用過(guò)程數(shù)據(jù)并簡(jiǎn)化工廠控制系統(tǒng)配置。

1 DCS基本配置

根據(jù)儀表控制安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，工廠DCS 分為安全級(jí)DCS 和非安全級(jí)DCS。安全級(jí)DCS 主要執(zhí)行反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能，以處理設(shè)計(jì)事故。當(dāng)保護(hù)參數(shù)達(dá)到或超過(guò)設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)緊急停機(jī)，啟動(dòng)特種安全設(shè)備等事故后緩解措施，啟動(dòng)三道核安全屏障（燃料涂層、一回路壓力邊界和安全殼），讓實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆安全停運(yùn)。安全級(jí)別的DCS 提供全廠的自動(dòng)化控制，提供正常運(yùn)行條件下的監(jiān)控和自動(dòng)化控制能力，為操作人員提供控制方法、信息和操作指導(dǎo)，屬于KME儀表和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。如果KME 系統(tǒng)的安全級(jí)別為非安全級(jí)，未明確提出抗震可用性要求，將考慮在非安全級(jí)的DCS 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)KME 控制系統(tǒng)。一個(gè)非安全級(jí)別的DCS 根據(jù)功能分類，包含采集與控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與服務(wù)系統(tǒng)、操作員系統(tǒng)、維護(hù)與診斷系統(tǒng)多個(gè)部分組成。不同的DCS 產(chǎn)品供應(yīng)商有不同的平臺(tái)架構(gòu)。以廣力核SH-N 產(chǎn)品為例，非安全DCS 的主要組成部分如下。

（1）采集與控制系統(tǒng)屬于LEVEL1層，可分為控制站、通信站、LEVEL1網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)、配電設(shè)備；

（2）數(shù)據(jù)處理與服務(wù)系統(tǒng)屬于DCSLEVEL2層，主要包括實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器、LEVEL2網(wǎng)關(guān)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

（3）操作員系統(tǒng)屬于DCSLEVEL2層，主要包括操作員站、大屏顯示系統(tǒng)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

（4）維護(hù)系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)配置變更、系統(tǒng)配置管理、系統(tǒng)故障排除等。

2 基于DCS控制的試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)的試驗(yàn)原理主要是進(jìn)行熱平衡計(jì)算測(cè)試，根據(jù)一回路和二回路的熱平衡得到反應(yīng)堆一回路的熱功率。同時(shí)，系統(tǒng)功能還包括計(jì)算換熱器性能參數(shù)，并利用換熱器進(jìn)出口溫度和流量確定其換熱性能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含三個(gè)功能層：現(xiàn)場(chǎng)控制層、系統(tǒng)服務(wù)層和監(jiān)控控制層?，F(xiàn)場(chǎng)控制層包括采集柜、編組柜和相關(guān)的配電設(shè)備；系統(tǒng)服務(wù)層包括數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；監(jiān)控層主要是控制臺(tái)和網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)。

如圖1所示，通過(guò)模擬數(shù)字輸入輸出模塊采集試驗(yàn)儀表器（KME）系統(tǒng)的分析儀器的測(cè)量值、流量、壓力、溫度、閥門、電加熱等參數(shù)。通過(guò)DCS 進(jìn)行通信以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。生成的參數(shù)顯示在DCS 人機(jī)界面上，同時(shí)通過(guò)DCS 編程軟件向樣品預(yù)處理系統(tǒng)中的相關(guān)閥門發(fā)送命令以采取行動(dòng)，也可以與高層交流。計(jì)算機(jī)DCS 控制的試驗(yàn)儀表系統(tǒng)可以與其他設(shè)備和主機(jī)的試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，上位機(jī)功能強(qiáng)大，可以實(shí)時(shí)控制各個(gè)儀表設(shè)備子系統(tǒng)。

圖1 DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，DCS 作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)通信工具時(shí)，其具備通信距離遠(yuǎn)、速率高、可靠性良好和性價(jià)比高等多方面優(yōu)勢(shì)，通常在工業(yè)工廠控制領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

3 試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)在DCS實(shí)現(xiàn)的可行性

試驗(yàn)儀表（KME）在DCS 實(shí)現(xiàn)的可行性因素有很多，像系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)冗余方案、軟件配置、通信總線設(shè)計(jì)等方面的差異能夠提供靈活性的選擇，所以重點(diǎn)體現(xiàn)在性能方面。性能指標(biāo)是否滿足KME 專用儀表與控制數(shù)據(jù)采集、處理、計(jì)算的精度要求。具體可行性因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 系統(tǒng)內(nèi)容結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的輸入測(cè)量點(diǎn)包括主給水壓力、溫度、流量、汽壓和溫度、關(guān)鍵工廠水/冷水熱交換器流量信號(hào)，總數(shù)不得少于50個(gè)。而且，一個(gè)DCS 的測(cè)點(diǎn)數(shù)通?？蛇_(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)，測(cè)點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)小于DCS 測(cè)點(diǎn)的規(guī)模。

3.2 數(shù)據(jù)信號(hào)采集與處理

系統(tǒng)用于熱平衡和熱交換器計(jì)算的所有測(cè)量信號(hào)如下。

（1）流量、壓力測(cè)量變送器，4～20 mA 直流信號(hào)，2線制；

（2）溫度傳感器和變送器信號(hào)，4線制Pt100鉑電阻溫度傳感器，變送器輸出4～20 mA 直流信號(hào)，2線制；

（3）RPN 核測(cè)量信號(hào)，0～10 V。系統(tǒng)的準(zhǔn)確度至少應(yīng)為1%，采集過(guò)程的準(zhǔn)確度應(yīng)至少為0.02%，最小采集周期應(yīng)為25 ms；

（4）目前DCS 對(duì)系統(tǒng)精度沒(méi)有要求，4～20 mA信號(hào)采集精度為0.1%，最小采集周期為20 ms。DCS性能不能滿足試驗(yàn)儀表的高精度采集要求?？紤]到精密模擬采集板的發(fā)展，可以滿足相應(yīng)的要求。此外，在電氣車間的運(yùn)行環(huán)境中，采集和輸出通道間的精度漂移保證了系統(tǒng)精度在24個(gè)月內(nèi)無(wú)需手動(dòng)校準(zhǔn)。

3.3 數(shù)據(jù)算法的實(shí)現(xiàn)

DCS 內(nèi)置的過(guò)程系統(tǒng)的控制過(guò)程多為標(biāo)準(zhǔn)化控制邏輯，控制站主控制器由模塊化程序完成。數(shù)據(jù)處理和計(jì)算要求很復(fù)雜，不宜部署到主控制器，以保證計(jì)算的關(guān)鍵指標(biāo)。DCS 計(jì)算服務(wù)器采用四核處理器，其功能包括可以啟用工廠狀態(tài)、性能計(jì)算和安全參數(shù)計(jì)算的全局計(jì)算，還可以滿足KME 計(jì)算過(guò)程的特殊定制要求。

3.4 內(nèi)部時(shí)鐘校準(zhǔn)同步

DCS 對(duì)數(shù)據(jù)采集同步有特定要求，這樣關(guān)鍵指標(biāo)才能為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供依據(jù)。要能夠接收工廠時(shí)鐘脈沖并同步內(nèi)部時(shí)鐘。DCS 已經(jīng)有成熟的時(shí)序規(guī)則。通過(guò)在管理網(wǎng)絡(luò)上連接工廠的外部計(jì)時(shí)源，計(jì)時(shí)服務(wù)器協(xié)調(diào)系統(tǒng)中剩余的服務(wù)器、操作員站、網(wǎng)關(guān)、控制站和其他設(shè)備。時(shí)間戳附在盡可能靠近信號(hào)源的信號(hào)上，以避免影響時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)傳輸延遲。如果是AI 信號(hào)，則可將時(shí)間戳標(biāo)記在獲取信號(hào)數(shù)據(jù)的CPU 上。

4 基于DCS控制的試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)運(yùn)行管理建議

4.1 工廠應(yīng)用DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的作用

（1）DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于工廠生產(chǎn)，不斷解決具體的生產(chǎn)問(wèn)題。不僅可以減輕關(guān)聯(lián)方的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以減少因操作失誤導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，保障關(guān)聯(lián)方的健康。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用解決了工廠生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，可以減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低實(shí)際操作的風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)保障人身健康、安全。

（2）工廠生產(chǎn)的DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)保證了生產(chǎn)設(shè)備和裝置的正常運(yùn)行，并且可以自動(dòng)控制不受人為因素的影響，從而使生產(chǎn)效率得到提高。DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)工廠生產(chǎn)過(guò)程，及時(shí)解決生產(chǎn)問(wèn)題，實(shí)施預(yù)警和報(bào)警，防止事故二次發(fā)生，工廠內(nèi)設(shè)備的制造可以提高安全性。重點(diǎn)是，其集成了指揮和控制，顯著優(yōu)化了工廠生產(chǎn)控制。

4.2 DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)

DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)中進(jìn)行不間斷測(cè)量，實(shí)施例行管控，對(duì)工廠生產(chǎn)中的設(shè)備進(jìn)行控制，確保生產(chǎn)安全運(yùn)行。盡快采取措施使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行，使生產(chǎn)設(shè)備能夠繼續(xù)運(yùn)行，減少對(duì)工廠生產(chǎn)的影響。圖2顯示了DCS 試驗(yàn)儀表KME 控制系統(tǒng)的主要維護(hù)與管理的內(nèi)容。

圖2 DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的主要維護(hù)管理內(nèi)容

（1）DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)化的運(yùn)行系統(tǒng)，可以連續(xù)測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程的常數(shù)和變量，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，是一個(gè)多種形式的系統(tǒng)。因此，在維護(hù)DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)時(shí)，有必要明確DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以及內(nèi)部控制模塊和外部接線的信息。

（2）DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)信息需要及時(shí)備份，以免丟失，也無(wú)法找到歷史信息。至于硬件，則需要備份易碎部件并購(gòu)買備份部件。如果在DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中需要更換新部件，必須及時(shí)解決，以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）在常規(guī)維護(hù)DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使用特定系統(tǒng)防止無(wú)關(guān)人員自由進(jìn)出DCS試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)控制中心，避免其受到電磁場(chǎng)的干擾。此外，還應(yīng)為DCS 實(shí)施防塵措施，避免對(duì)DCS 的造成不必要的干擾，實(shí)施精確控制，并妥善備份子目錄文件。

（4）為了讓DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證其安全，及時(shí)處理故障問(wèn)題，采取合理措施是DCS 的作用。①DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的維護(hù)需要改進(jìn)。根據(jù)DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)發(fā)生的故障，必須及時(shí)處理。否則，DCS將無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制效率。定期訪問(wèn)需要重點(diǎn)分析異常現(xiàn)象、解決軟件錯(cuò)誤問(wèn)題以及自動(dòng)化控制制造過(guò)程。②如果工廠生產(chǎn)的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障報(bào)警，則需要根據(jù)報(bào)警情況查找并解決相應(yīng)的故障，以此來(lái)確保工廠系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4.3 強(qiáng)化試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的運(yùn)行管控

4.3.1 需要合理處理DCS控制室的要求

為了延長(zhǎng)DCS 的使用壽命并確保其可靠性，必須在合理的工作環(huán)境中使用DCS。例如，可以將控制室的濕度合理調(diào)整到合適的狀態(tài)，同時(shí)合理調(diào)整灰塵、噪聲等因素，使DCS 的運(yùn)行更加合理可靠。通風(fēng)應(yīng)該是改善室溫和濕度的主要考慮因素。所有機(jī)柜必須配備冷卻系統(tǒng)，如果機(jī)柜內(nèi)部溫度過(guò)高，可以發(fā)出溫度報(bào)警信號(hào)。安裝的控制系統(tǒng)必須保證操作方便，離施工現(xiàn)場(chǎng)不遠(yuǎn)，不易接近危險(xiǎn)場(chǎng)所。此外，需注意應(yīng)當(dāng)使DCS 遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)、高儀器電流、頻繁振動(dòng)和其他嘈雜類的位置。最后，應(yīng)關(guān)閉所有線路上的所有電纜開口，以確保室內(nèi)衛(wèi)生和清潔。

4.3.2 合理選擇DCS測(cè)試設(shè)備（KME）控制系統(tǒng)設(shè)備型號(hào)

必須選擇最佳的DCS 測(cè)試設(shè)備（KME）控制系統(tǒng)才能使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。選擇過(guò)程應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

（1）要根據(jù)機(jī)器的具體工況選擇適合機(jī)器的控制方式。一般來(lái)說(shuō)，使用一段時(shí)間的DCS 測(cè)試儀（KME）控制系統(tǒng)具有一定的可靠性，也可以作為后盾使用。

（2）DCS 測(cè)試設(shè)備（KME）控制系統(tǒng)的所有硬件設(shè)備必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要，應(yīng)該盡量選擇可以插電播放的類型。為保證整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要確?？刂葡到y(tǒng)的用戶可以完全調(diào)用存儲(chǔ)和操作功能。

（3）技術(shù)安裝人員需要合理調(diào)整控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)通信能夠采用冗余技術(shù)相互同步。系統(tǒng)控制器將進(jìn)行適當(dāng)?shù)那袚Q。此外，您可以通過(guò)防止故障問(wèn)題擴(kuò)大來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并使其平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)DCS 實(shí)現(xiàn)具備顯著的可行性，具體可從系統(tǒng)內(nèi)容結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)信號(hào)采集與處理、數(shù)據(jù)算法的實(shí)現(xiàn)、內(nèi)部時(shí)鐘校準(zhǔn)同步、軟件功能的有效呈現(xiàn)幾個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)。由此可見，基于DCS 控制的試驗(yàn)儀表（KME）系統(tǒng)成為一種行之有效的工廠系統(tǒng)控制效果優(yōu)化方法及手段。而全新控制系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，需要不斷加強(qiáng)其運(yùn)行管理工作，這樣才能最大限度地避免新控制系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題。具體是從明確DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的作用、做好對(duì)DCS 試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的常規(guī)管理與維護(hù)、強(qiáng)化試驗(yàn)儀表（KME）控制系統(tǒng)的運(yùn)行管控幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。