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DCS系統(tǒng)的安全考慮

根據(jù)多年的開發(fā)維護(hù)實(shí)踐,我認(rèn)為,DCS系統(tǒng)的安全從不外乎兩個(gè)方面:軟件和硬件。從軟件上看,主要包括系統(tǒng)軟件、組態(tài)及開發(fā)的應(yīng)用軟件。由于現(xiàn)在常見的DCS系統(tǒng)如HONEYWELL、YOKOGAWA、FOXBORO、ABB、FISHER_ROSMENT等公司在系統(tǒng)軟件開發(fā)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟,其對(duì)應(yīng)的組態(tài)軟件也提供了完善的檢驗(yàn)功能,唯一可能存在問題的是使用系統(tǒng)提供的開發(fā)語言或工具(如梯形圖、CL語言、TCL語言等)編制的順序程序、聯(lián)鎖程序或其他應(yīng)用程序。這部分問題的解決只要在測(cè)試時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格檢查一般不會(huì)存在問題。在這里,我想著重對(duì)硬件可能存在的安全問題進(jìn)行以下分析和探討:

  一般說來,DCS系統(tǒng)的安全可以分三個(gè)方面(或階段)來考慮:
  1設(shè)計(jì)方面安全
  2集成方面安全
  3維護(hù)方面安全
  1。設(shè)計(jì)安全:是指在設(shè)計(jì)部門和供應(yīng)商進(jìn)行系統(tǒng)初始配置時(shí)的硬件及環(huán)境設(shè)計(jì)考慮
  這是整個(gè)DCS系統(tǒng)安全的關(guān)鍵所在,將直接影響到以下兩個(gè)安全因素和未來DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這其中包括:
 ?、怒h(huán)境設(shè)計(jì):如DCS的操作室和機(jī)柜室的布局、地面樣式或地板選擇、墻壁類型、照明方式、地磁電磁干擾、隔斷選擇、隔音效果、空氣潔凈度保證、恒溫、恒濕及通風(fēng)設(shè)計(jì)等,這其中應(yīng)該著重強(qiáng)調(diào)的是恒溫及通風(fēng)設(shè)計(jì)。我們認(rèn)為,在保證DCS系統(tǒng)硬件環(huán)境溫度在23±2℃的基礎(chǔ)上,可以盡量避免選擇集中式空調(diào)或恒溫恒濕空調(diào),以節(jié)約資金并減少空調(diào)維護(hù)難度。保證通風(fēng)能力的原因是在滿足機(jī)房空氣潔凈度要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行新鮮空氣的補(bǔ)充,避免操作室內(nèi)空氣渾濁,影響操作維護(hù)人員安全,比較典型的設(shè)計(jì)可以考慮分體式空調(diào)加過濾換風(fēng)機(jī)的配置方案。另外,分體式空調(diào)的選擇也很關(guān)鍵,應(yīng)選用進(jìn)口或國產(chǎn)名牌產(chǎn)品并雙機(jī)運(yùn)行。當(dāng)然,在資金允許的情況下,選擇質(zhì)量可靠的集中空調(diào)也未嘗不可。但必須注意兩個(gè)問題:一是空調(diào)出入風(fēng)道的設(shè)計(jì)位置在考慮調(diào)節(jié)效果的基礎(chǔ)上應(yīng)避面正對(duì)機(jī)柜,防止夏天冷凝水滴落到頂部開孔的機(jī)柜內(nèi)部而帶來設(shè)問題;二是由于機(jī)柜室有諸多熱源,應(yīng)考慮機(jī)柜室與操作室的供冷供熱的平衡問題。
 ?、乒╇娂半娫丛O(shè)計(jì):
  UPS的選擇:應(yīng)根據(jù)DCS系統(tǒng)的要求選擇合適功率的UPS,UPS備用電池備用間可以根據(jù)系統(tǒng)滿負(fù)荷工作30分鐘來考慮。由于UPS的故障不可避免,因此,UPS類型應(yīng)考慮能夠在線更換,避免更換或維修UPS影響DCS系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于重要裝置應(yīng)考慮雙機(jī)熱備,但就現(xiàn)在的此類雙機(jī)熱備UPS,其同步常出現(xiàn)問題而影響后備切換。因此,UPS的選擇應(yīng)慎重。
  電源選擇:包括220V交流分電盤和220V→24V(或12V、5V)電源。對(duì)于控制系統(tǒng)應(yīng)保證交直流轉(zhuǎn)換電源冗余,冗余電源輸出應(yīng)通過肖特基二極管并接(除非源說明可以直接輸出并接),并避免冗余電源由一個(gè)交流分電盤供電。一般說來,此類電源的配置由DCS系統(tǒng)供貨商提供,但此時(shí)應(yīng)注意,要避免多個(gè)交流電源緊密布置而帶來的散熱效率不佳的設(shè)計(jì)布局,同時(shí),向供貨商要求提供的同類備用電源應(yīng)不少于實(shí)際配置的20%(每種類型應(yīng)至少有1個(gè)備件)。另外,24VDC電源選擇應(yīng)考慮帶故障報(bào)警輸出功能,并通過DI卡件輸入DCS進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警;如果確實(shí)沒有故障輸出報(bào)警,應(yīng)考慮使用并接繼電器的方式間接接入DCS完成。
 ?、峭L(fēng)及冷卻設(shè)備選擇:應(yīng)保證整個(gè)系統(tǒng)所有設(shè)備的通風(fēng)能力。特別是交直流電源設(shè)備、控制設(shè)備和大功率二極管。機(jī)柜的前后門應(yīng)視內(nèi)部實(shí)際設(shè)備的散熱情況確定是否增加風(fēng)扇等制冷設(shè)備。由于冷凝水問題,應(yīng)盡量避免使用頂部直接排風(fēng)方式(特別是DCS系統(tǒng)機(jī)柜),而且,機(jī)柜內(nèi)部最好由提供溫度檢測(cè)報(bào)警。
  ⑷過濾設(shè)備:在保證發(fā)熱設(shè)備通風(fēng)制冷的基礎(chǔ)上,應(yīng)減少灰塵和腐蝕性氣體進(jìn)入機(jī)柜或設(shè)備。因此,必須重視過濾網(wǎng)的使用。
 ?、上到y(tǒng)配線:應(yīng)包括由DCS供貨商提供的專用通訊、電源、信號(hào)電線電纜及接地線和由設(shè)計(jì)部門提供的供電(包括220V交流供電線纜和24V直流配電線)、信號(hào)和接地系統(tǒng)線纜:
  系統(tǒng)配套通訊、供電、信號(hào)及接地電線纜:應(yīng)檢查其連接質(zhì)量。
  220V交流電線纜:主要是向各個(gè)子系統(tǒng),顯示器、打印機(jī)等外設(shè)的供電。根據(jù)實(shí)際消耗功率確定供電線芯截面積,一般應(yīng)選擇不小于2.5mm2的三芯硬銅線。在供電距離較近(如在機(jī)柜內(nèi)部或相臨機(jī)柜),可使用兩條或三條單芯硬線。在供電距離較遠(yuǎn)時(shí),應(yīng)考慮使用鎧甲屏蔽電纜。為避免干擾其它信號(hào),所有交流電線纜應(yīng)走槽盒或穿管(屏蔽絕緣電纜根據(jù)實(shí)際情況可靈活鋪設(shè)),而且,防護(hù)金屬盒或管應(yīng)可靠的接地。
  24V直流電線:DCS系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備的外供電一般為系統(tǒng)內(nèi)部提供的24V直流。需要在集成安裝時(shí)的24V供電一般為驅(qū)動(dòng)繼電器輸入輸出、現(xiàn)場(chǎng)變送器等I/O設(shè)備或DCS系統(tǒng)的某些終端板的外供電。(http://www.diangon.com版權(quán)所有)一般可選用不小于1mm2的普通電線或銅網(wǎng)屏蔽電纜即可,當(dāng)設(shè)備負(fù)荷電流較大時(shí),截面積可適當(dāng)擴(kuò)大至2.5mm2。
  I/O輸入輸出信號(hào):普通信號(hào)線應(yīng)以選擇屏蔽電纜為佳,比如K系列或J系列專用計(jì)算機(jī)控制電纜。在資金緊張時(shí),可考慮使BVV或RVV系列非屏蔽電纜,盡量避免使用電線;熱偶電線或電纜的選擇可根據(jù)資金情況確定。
  地線:應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求配置。
  端頭選擇:交流配電、接地、多路設(shè)備24VD供電宜選用O型連接,以提高連接質(zhì)量。I/O接線及現(xiàn)場(chǎng)變送器單路供電,宜選用Y型或一型供電,以方便拆接維護(hù)。另外,端頭的壓接質(zhì)量應(yīng)保證。在不使用管狀(如威德米勒)的時(shí)候應(yīng)格外重視。剝線長(zhǎng)度及壓線鉗選擇應(yīng)與適合使用的端頭,壓接時(shí)應(yīng)特別注意避免壓到絕緣部分,多余的裸線應(yīng)剪除,以避免搭接其他金屬。
 ?、式M態(tài)配置:裝置回路的I/O組態(tài)定義數(shù)量不應(yīng)超過系統(tǒng)提供的同類型卡件最大I/O容量的80%,依此來確定系統(tǒng)I/O卡件配置數(shù)量,這將給未來的組態(tài)調(diào)整帶來方便。另外,為方便系統(tǒng)運(yùn)行過程中I/O組態(tài)的增加的不便,可以考慮將部分備用通道分別組態(tài)為臨時(shí)回路,需要時(shí)可以隨時(shí)使用。
 ?、俗酉到y(tǒng)或節(jié)點(diǎn)配置:系統(tǒng)配置應(yīng)盡量不大于系統(tǒng)允許最大配置的60%,控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使用卡件箱箱間冗余配置或機(jī)柜內(nèi)冗余配置,機(jī)柜間的線纜盡量減少。備用的卡件或設(shè)備數(shù)量應(yīng)不少于20%(包括上面提到的不易采購的電源,風(fēng)扇等專用設(shè)備)。
 ?、虣C(jī)柜的選擇與布置:一般選擇標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜800X800X2200,但應(yīng)在考慮不同系統(tǒng)安全要求的前提下,根據(jù)相臨機(jī)柜走線的要求來確定是否選擇相應(yīng)側(cè)板(應(yīng)考慮減少側(cè)板后的機(jī)柜寬度)。機(jī)柜布置應(yīng)便于施工、維護(hù),狀態(tài)指示或報(bào)警指示等應(yīng)便于監(jiān)視,機(jī)柜應(yīng)避免陽光直射。
 ?、筒僮髋_(tái)及輔助操作臺(tái)布置:操作臺(tái)面及臺(tái)下?lián)醢宓奶吣_線以下應(yīng)考慮防護(hù),避免雜物進(jìn)入操作臺(tái)內(nèi)部。布置應(yīng)以美觀大方為基礎(chǔ),盡量考慮方便操作人員操作。特別是輔助操作臺(tái)位置,應(yīng)與相應(yīng)操作崗位相臨。操作臺(tái)應(yīng)避免陽光直射和CRT反光影響操作等問題,這些應(yīng)與機(jī)房設(shè)計(jì)相結(jié)合。
  2。集成安全:DCS系統(tǒng)硬件集成和現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的安全考慮。
  這主要包括DCS系統(tǒng)的機(jī)柜、操作臺(tái)及走線槽盒的安裝,通訊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、I/O信號(hào)系統(tǒng)及接地系統(tǒng)等的安裝,其它輔助設(shè)備的安裝。
  ⑴機(jī)柜安裝:按照標(biāo)準(zhǔn),機(jī)柜底板應(yīng)使用絕緣材料和絕緣螺栓緊固在機(jī)柜底座,以保證系統(tǒng)安全地的單獨(dú)接地。但我們常規(guī)施工由于此種方法實(shí)現(xiàn)較困難,一般沒有絕緣隔離。因此,對(duì)于要求有兩個(gè)接地的DCS系統(tǒng),其安全地實(shí)際上是在室內(nèi)(機(jī)柜底座)和室外(安全地接地樁)兩端接地;對(duì)于只要求有一個(gè)接地的DCS系統(tǒng),其安全地和系統(tǒng)地實(shí)際上是在室內(nèi)(機(jī)柜底座)和室外(安全地接地樁)均兩端接地。由于在室內(nèi)與室外間存在的一個(gè)電勢(shì)差(可大可?。?,從而造成系統(tǒng)接地的不穩(wěn)定性。對(duì)于只要求有一個(gè)接地的DCS系統(tǒng),DCS系統(tǒng)的信號(hào)基準(zhǔn)實(shí)際上始終處于一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)然,由于電勢(shì)差可以忽略,根據(jù)實(shí)際實(shí)踐,一般不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全造成威脅。但當(dāng)系統(tǒng)存在無法解釋的異常問題時(shí),應(yīng)著重考慮接地問題。
 ?、撇僮髋_(tái)安裝:操作臺(tái)一般可以不作安裝固定,但操作臺(tái)之間應(yīng)通過連接件連接。
 ?、遣酆邪惭b:槽盒的使用主要保證線纜屏蔽隔離以避免造成信號(hào)干擾。因此,一般要鋪設(shè)信號(hào)(包括通訊線纜的24V以下直流信號(hào)或供電)和供電(220V交流)兩種槽盒。對(duì)于220V交流供電有時(shí)也可以考慮使用鍍鋅管架空安裝,但這時(shí)應(yīng)一定保證電線在通過彎頭或三通避免損傷電線絕緣外皮。但對(duì)于大規(guī)模的裝置,由于I/O電纜太多槽盒鋪設(shè)可能會(huì)畫蛇添足,影響電纜鋪設(shè)。所以,具體是否或如何鋪設(shè)走線槽盒,應(yīng)根據(jù)實(shí)際裝置規(guī)模和機(jī)房設(shè)計(jì)情況靈活掌握,不可一概而論。
 ?、韧ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)電纜都由供貨商提供,在安裝時(shí)應(yīng)注意網(wǎng)絡(luò)電纜的走線位置和走線方向,為避免外界觸碰應(yīng)沿機(jī)柜拐角走線,避免與供電線(特別是220V交流無屏蔽線)平行走線,盡量在機(jī)柜內(nèi)部布線;冗余網(wǎng)絡(luò)的A、B纜應(yīng)分別布置并相隔一定距離;對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接頭有特殊力矩要求的應(yīng)按照要求施工;網(wǎng)絡(luò)屏蔽線必須連接正確。有條件的話,應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)全程進(jìn)行屏蔽,最起碼也要使用塑料管進(jìn)行防水防鼠保護(hù)。
 ?、晒╇娤到y(tǒng):包括220V交流供電線纜和24V直流配電線。應(yīng)使用槽盒或單獨(dú)穿管走線,避免與信號(hào)線平行布線(特別是220V交流供電線)。連接線鼻子應(yīng)使用O型,壓線應(yīng)保證質(zhì)量,線芯毛刺應(yīng)剪除以避免短路。
 ?、蔍/O信號(hào):信號(hào)線的屏蔽應(yīng)接地以避免干擾,但必須只有一端接地。
 ?、说鼐€:線鼻子應(yīng)選用O型。對(duì)于在安全柵上進(jìn)行4-20mA→1-5V轉(zhuǎn)換的系統(tǒng),安全柵的信號(hào)接地應(yīng)特別關(guān)注。因?yàn)?,信?hào)參考地的俘空有可能導(dǎo)致整個(gè)相關(guān)系統(tǒng)信號(hào)的失效。
 ?、唐渌O(shè)備:包括輔助操作臺(tái)、ESD等。
  3.維護(hù)安全:日常維護(hù)及檢修時(shí)的安全考慮:
  這主要包括日常維護(hù)檢查、備品備件的儲(chǔ)備、故障發(fā)生后的及時(shí)處理:
 ?、湃粘>S護(hù):為保證DCS正常運(yùn)行,前提是系統(tǒng)有一個(gè)合乎要求的運(yùn)行環(huán)境,這主要體現(xiàn)在機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度范圍和空氣清潔程度。DCS系統(tǒng)的最佳工作溫度應(yīng)保持在23±2℃范圍內(nèi)。空氣潔凈可以避免產(chǎn)生通風(fēng)不暢,帶來散熱設(shè)備特別是大容量電源和CPU卡件等設(shè)備表面溫度超高而造成系統(tǒng)斷電或宕機(jī)。為此,日常點(diǎn)檢應(yīng)重點(diǎn)檢查空調(diào)設(shè)備、電源設(shè)備及風(fēng)扇(包括電源內(nèi)部風(fēng)扇)的運(yùn)行狀況,定時(shí)清掃過濾網(wǎng)設(shè)備。通過眼看(看狀態(tài)指示是否正常)、耳聽(聽電源和風(fēng)扇運(yùn)行有無異常聲音)、手模(觸摸電源表面確認(rèn)溫度是否異常),提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的故障隱患并及時(shí)采取措施,避免事故的發(fā)生。
  ⑵系統(tǒng)組態(tài)修改:在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,盡量避免組態(tài)修改。由于某些原因必須進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)修改并下裝后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)備份,以避免在硬盤故障不能恢復(fù)時(shí)出現(xiàn)的控制器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與工程師站備份數(shù)據(jù)庫不匹配問題,從而帶來數(shù)據(jù)庫拒絕修改的嚴(yán)重后果,這時(shí)就只能通過離線下載解決了。

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