浅谈DCS系统的安全

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浅谈DCS系统的安全

作者：朱祥云

来源：《电子世界》2012年第14期

【摘要】在当今大型化工企业中，DCS集散控制系统已经被广泛应用，并发挥着十分重要的作用。可以说，DCS系统已经成为化工企业正常运行的关键，而DCS系统的安全性更是化工企业正常运行的关键点。本文就DCS系统存在的安全问题进行分析。 【关键词】DCS；安全问题；接地；供电；防雷；防静电 1.引言

DCS集散控制系统是集计算机技术、通讯技术、控制技术、CRT技术为一体的综合性高科技产品。DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是集中两者的优点，克服了它们的不足。DCS以其高可靠性、灵活性、人机界面友好性和通讯的方便性等特点被广泛应用。但在实际应用过程中，我们不难发现DCS系统在设计、安装、运行、维护过程中以及其仪器、仪表、软件、硬件方面还存在许多设计缺陷和安全问题。本文对DCS系统存在的主要安全问题进行分析总结，以供相关技术人员参考。 2.系统接地

首先谈谈DCS系统的接地。

接地的作用总的来说只有两种：一是保护人和设备不受损害；二是抑制干扰。前者叫保护接地，后者叫工作接地。 2.1 保护接地

保护接地又叫安全接地。保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分(机柜外壳、操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电(220V或110V)，通常情况下机壳等是不带电的，但当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。 2.2 工作接地

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工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。 (1)信号回路接地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地，还有各变送器的负端接地、开关量信号的负端接地等。 (2)屏蔽接地，是输入输出信号电缆屏蔽层的接地。 (3)本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。

除上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地)。此外还有系统的防雷接地，将在下面进行阐述。 2.3 接地原则

系统的接地原则总体概括只有四个字“一点接地”。DCS的系统地、工作地、保护地都必须遵循此原则。对于系统的接地电阻不可能为零，当有电流通过接地极注入大地时，接地极处的大地电位势必升高，如果系统有两点或更多点接地，它们之间一定会产生电位差，从而形成环流。所以，我们必须保证系统进行“一点接地”。当系统中有多个控制站和数据站时，可以设立接地母线，把所有站中的各种接地线汇集到接地母线，同样也必须对母线进行“一点接地”。同样，操作站也必须进行“一点接地”。

集散控制系统通过输入输出(I/O)信号电缆实现控制室和现场的数据通信，正确的接地既能保护人和设备的安全、抑制外来干扰，又能减小设备对外界的干扰，从而提高系统运行的安全性和可靠性。而错误的接地反而会引入干扰，严重的甚至会导致集散控制系统无法正常工作。所以说，正确的接地是保证DCS系统良好运行的重要条件。 3.系统供电

电源是DCS能否正常工作的重要环节，DCS电源的可靠性除与本身电源的可靠性有关外，还与电源的供电方式和供电系统的稳定性以及电气元器件质量有密切关系。 3.1 供电方式及安全分析

(1)单电源单路供电方式：采用一路电源供电，此种供电方式在不少企业还是存在的，一旦供电电源或供电线路发生故障，就会引起DCS断电，不符合DCS供电要求。

(2)单电源双路供电方式：采用双路供电，但电源来自同一个变电站(配电室)，一旦供电电源发生故障，就会引起DCS断电，也不符合DCS供电要求。