DCS控制高压电机的改进实例

张 倩

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡472000）

在工业发展的当前对电机的应用需要越来越高，而10kV高压电机的运用范围也越来越广。因此高压电机在当前发展中的需求还需要深入研究和改进，针对在运行过程中出现的故障原因，如系统突然停止运行、模块断电高压电机停止运行的情况，由于不存在自动将正在运转的高压电机停止的可能性，为安全生产埋下隐患。因此笔者在探究DCS系统运用的同时，针对DCS控制高压电机的改进实例进行详细分析，为相关的生产发展提供理论参考。

1 DCS系统

DCS系统具有很好的拓展性与延伸性，但是要保证DCS系统的可靠性主要有几个方式，①广泛利用高可靠性硬件设备和生产工艺来确保DCS系统的可靠性；②是大量采用冗余技术发展确保DCS系统的可靠性；③在软件设计上实现系统的容错技术、故障自动诊断技术、自动处理技术，确保系统的高可靠性与稳定性[1]。

2 DCS系统设计

2.1 硬件结构设计

DCS系统过程控制级控制装置各有千秋，如过程控制单元和现场控制站等系统的结构形式一致，都可以统称为现场控制单元FCU；过程管理级的组成有工程师站和操作员站等完成对过程控制级的集中监视与管理，也被称为操作站。在系统内硬件和软件都是按照模块化结构设计形成的。其实本质上DCS系统的开发就是把系统提供的各种模块整合为一个系统来使用，也被称为组态[2]。

（1）现场控制单元。现场控制单元距离现场很近，但是与控制中心距离稍远。现场控制单元是由高度模块化构成的结构，可以根据工程监测和控制的需要，合理配置不同规模的过程控制单元。由多个功能分散的插板按照一定的顺序安装在插板箱中，控制单元与控制管理级之间使用总线来连接实现信息的交互沟通。现场控制单元的硬件配置需要插件配置、主机插件（CPU）、电源插件等等；硬件冗余配置有利于提升DCS系统的可靠性，而在DCS系统上，无论是主机插件、电源插件还是关键I/O插件都能够实现冗余配置。硬件安装不同的DCS系统对插件的安装也有不同的规定，除此之外现场控制单元通常分为基本型和扩展性，其中基本型指的是各种插件安装在一个插件箱中[3]。

（2）DCS系统操作站设计。操作站用来显示和记录不同控制单元的数据，在生产关系与人之间产生信息交互的功能。操作站的构成有主机系统、显示器、键盘、信息存储、打印等设备，主要实现显示功能、操作功能、打印报表等功能。另外DCS系统操作站还有操作员站和工程师站的划分。从系统上看操作员站主要是实现一般的生产、监控等任务，完成数据信息采集、监控限制和故障诊断等功能。工程师站还具有系统组态和控制目标修改等功能。但是在硬件设备上来看多数系统的操作员站、工程师站都是在一个显示器上的，仅用键盘加以区分。

2.2 软件系统设计

在软件系统内部现场控制单元的软件主要包括数据巡检、控制算法、控制输出和通信等功能模块。在软件系统中数据中心是核心，数据共享和执行代码都与实时数据库进行数据交换，用来存储数据、控制数据和计算数据。数据巡检模块使用现场的数据，采集故障信息等对现场的信息运算、变换做一些辅助功能。DCS系统控制功能通过组态生成，对于不同的系统所需的控制算法和系统也各不相同，因此控制功能往往涉及到计算模块、逻辑运算模块、PID模块等。

3 DCS控制运用发展趋势

（1）系统本身的功能朝着开放式的方向发展，传统的DCS系统结构属于封闭式，兼容性很难。开放式的DCS系统给予用户更多的系统集成自主权，用户能够根据自己的需求选择不同的厂家选择设备、连接软件资源等连入控制系统内，达到系统最佳集成方案。这里除了DCS系统的集成之外，还包括DCS、PLC、FCS之间的大范围集成[4]。

（2）仪表技术的发展从智能化与网络化发展，而工业控制设备从智能化方向发展。说明这个过程能够将控制的功能不断下移，真正在工业控制上实现全数字和全分散控制。在智能化背景下由于具备精度高、可靠性高的功能和优势，导致系统在安装、维护、使用上都非常方便。

（3）工业控制设备软件朝着更加先进的方向发展，在广泛运用各种先进控制技术、智能技术的背景下，充分挖掘DCS系统综合性能，实现其性能的最优化和最直接化，最大程度充分挖掘系统控制功能的价值。以此对其的运用将集中在先进控制、工业设备过程优化、信息集成与系统集成等方面，对于软件的开发与产业化运用也将集中在这个方面。

（4）系统构架朝着FCS的趋势发展。从当前的技术上看现阶段的DCS系统集成的方式有三种。一直以来DCS系统发展的重点都在于控制上，以分散为关键。但是在现代化的发展中更重视信息的全系统信息综合管理，因此在DCS系统未来的发展上还应该将综合作为发展的关键，实现控制体系、运行体系等朝着自动化、智能化方向发展。

4 DCS控制高压电机的改进实例

4.1 故障情况分析

在造纸工厂的生产过程中，对纸量需求的增加导致单机设备的输入功率也在不断变化。以10kV高压电机的应用为例。高压电机在控制上和低压电机有区别，高压电机有合闸线圈与跳闸线圈。在目前的运用中大量的工厂都是运用DCS系统输出两个高电平脉冲控制高压电机的启动、停止。但是在运行的过程中，如果DCS系统的CPU性能难以满足需要，突然下降死机、UPS电源故障、DO模板断电等原因，这个时候处于运行过程的高压电机难停止。如果要停止高压电机就需要通知专业人员到高压配电室手动降停，或者是现场工作人员按下紧急按钮停止工作。由于不能自动停止高压电动机，在生产的过程中会容易造成设备破坏，严重的情况下还会导致安全事故[5]。

4.2 解决途径

高压电机在运行的过程中，由于真空接触器有合闸线圈与跳闸线圈，合闸线圈得电的情况下真空接触器合闸启动高压电机，反之高压电机停止工作。在高压电机常规线路控制中，针对电机的启动、停止启动命令，系统无论是DCS远程控制亦或是本地控制，都属于进入高压微机综合保护器的情况下，高压微机综合保护器输出指令，真空接触器得到合闸、跳闸的指令后进行得电动作；这个时候急停开关并不通过高压微机的综合保护器，直接与真空接触器的跳闸线圈连接。DCS控制真空接触器需要合闸、分闸两个DI信号，这两个信号都是在3s内发出的脉冲信号，真空接触器完成指令之后自动存储信息。

在分闸的过程中使用了继电器常开触点，以此高压电机在运行的过程中，继电器是不会得到电的。盖亚电机常规的DCS系统控制器逻辑是只有程序发出停止命令之后，才会发出3s的上升沿脉冲信号完成指令，然后继电器得道电合闸真空接触器跳闸线圈得到电，高压电机的运行停止。但是如果是PLC、CPU司机、DO模块突然断电的情况，就不会有命令信号传输出去，这个时候就会出现电机一直处于运行状态的故障情况。

4.3 改进途径

在高压电机二次控制回路的基础上将停止控制回路使用的继电器K12的常开触点改动，转移到K12的常闭触点位置上。修改之后控制线路图已经改变。在DCS逻辑程序的修改上，把原来的逻辑脉冲功能块TP后面加一取反控制的程序模块。DCS系统正常运行的时候，一直发出“1”上升沿信号，让分闸的DO信号保持在输出状态，继电器一直处于得电的状态。在上述步骤中已经将继电器K12的常闭触点进行改进，常闭触点与跳闸线圈回路连接，这个时候真空接触器是没有得到电的，若要停止设备的话DO点停止输出3s，将会输出3s的下降沿脉冲信息，继电器K12就会失去得电状态，触点闭合。高压柜真空接触器的跳闸线圈的电控制高压电机停止运行。

经过上述的改进之后，CPU若出现断电、死机的情况，系统中的全部DO点不会产生，这个时候继电器失去电、常闭触点处于闭合状态；高压柜中真空接触器跳闸线圈得到电，进而控制高压电机的运行停止。

4.4 改进结论

经过上述的改进之后，高压电机控制系统处于可靠的运行状态，能消除设备运行中的安全隐患。但是由于在工业生产中存在诸多的不确定性，因此还需要采取合理的措施进行控制。如果生产中属于新建项目的话，可以在项目设计阶段，与生产高压柜的厂家联系，与DCS厂家共同进行设计，在设备出厂之前，对高压柜的接线、DCS逻辑运行线路进行改动，方便工厂生产需要，从根源上解除隐患存在的问题。

5 结语

综上所述，笔者在探析DCS系统设计结构和运行前景的同时，以工业生产中的实例为突破口，探析了的DCS控制高压电机的改进实例。在改进之后高压电机的运行与生产达到了预期的效果，而且对设备的启动、继电保护等不存在影响。与原本的设计相比，并不影响整体的运行，还降低了安全隐患发生的概率。