全数字集散控制系统“DistributedControlSystem”(DCS)安装技术

2023-01-02

为保证DCS整体施工进度, 使相关人员充分掌握DCS系统设备安装与电缆端接工作的施工特点, 有的放矢, 避免材料浪费和大面积返工, 提高施工质量和效率。

本文对DCS施工技术进行介绍, 并对在施工中发现的各种具体问题进行阐述、分析, 结合现场安装施工经验提出解决方案, 为后续的顺利施工提供借鉴和参考。

一、EPR核电站DCS控制系统简介

DCS是分散控制系统 (Distributed Control System) 的简称, 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的, 以通信网络为纽带的多级计算机系统, 其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便, 大大增加了电厂控制的可靠性。DCS系统可以通过通信网络将分散在现场执行数据采集和控制功能的远程控制站与控制中心的各种操作站联接起来, 共同实现分散控制、集中监控与管理[1]。

全厂数字化集散控制系统由正常运行仪控系统TXP、安全仪控系统TXS及堆本体仪控系统三部分组成[2]。

(一) DCS基础知识及发展

1. DCS的特征4C技术

4C数字化技术是集计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT技术为一体的综合性高科技产品;是以微处理芯片构成的数字处理技术为特点的智能化电子设备和计算机系统, 除具有常规测控仪表的测量和控制功能外, 还具有极强的数据处理和通信能力[3]。

2. DCS的硬件结构

一般由光纤或电气通信电缆构成系统网络:是DCS的基础和核心。对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性, 起着决定性的作用。DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构, DCS网络具有高速、实时的特点。

I/O单元:控制系统需要建立信号的输入和输出通道, 这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的, 多个I/O模块的集合就是I/O单元。

DCS操作员站:是处理一切与运行操作有关的人机界面 (HMI-Human Machine Interface或operator interface) 功能的网络节点。

工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点, 其主要功能是提供对DCS进行组态, 配置工作的工具软件 (即组态软件) , 并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况。

二、DCS系统安装施工

(一) 组织要点

DCS作为二代加和第三代核电站最为显著的特点之一, 是核电站技术进步的象征。如果说管道是核电站的血管, RPV是核电站的心脏。那么DCS就是核电站的大脑和神经系统。因此作为核电站的大脑和神经系统必须建立完善的施工组织最严格, 要以最精准的施工工艺, 过程控制来保证其施工质量。

(二) 施工要点

1. 先决条件验证

为保证DCS系统安装顺利进行, 确保安装前各项准备工作充分, 应通过检查予以确认。在安装前全面详细的检查:标准文件 (根据设备功能不同存在不同标准文件) 、人员资质 (主要焊接、热处理、油漆) 、除了常规的人、机、料、法、环等各项准备工作, 还应特别注意房间内预埋板的测量、安装情况 (偏差、遗漏) ;底座完成后控制区建立 (温湿度控制、其他专业施工完成或临时措施替代) 。

2. 设备底座预制和安装

(1) 设备底座预制一般工序为:先决条件检查→部件划线、切割、机加工→油漆 (如果需要) →组对焊接 (热处理) →焊接区域的表面处理和油漆→现场划线 (底座位置) →现场安装底。 (2) 测量土建预埋板:是为了全面掌握DCS底座预埋板偏差信息。 (根据台山项目所测量的数据显示, 在房间内预埋板之间最大高差约为40mm, 水平偏差超过20mm, 已经超出设计允许的可调节范围。) (3) 部件切割划线和机加工阶段:最大的难点在于尺寸精度的控制和材料分类, DCS设备底座预制安装阶段精度要求高, 且到货的型材有轻微变形或制造误差, 这给现场划线机加带来了很大的难度。 (4) 在现场组对阶段:主要需要控制焊接变形和组对精度, 现场通过自制钢平台, 将工件按要求摆列好, 先点焊, 然后根据图纸要求进行满焊, 以控制变形和组对精度。 (5) 油漆:材料部件焊缝和切割边缘就必须环氧喷漆修补 (部分到货材料未进行表面处理的需要单独进行油漆) 完成现场定位安装。

根据以上要求, 结合土建在现有DCS房间的灌浆情况来看, 应属于楼板要进行二次找平层混泥土灌浆, 因此在正常情况下, 需要二次找平层混泥土灌浆后进行底座油漆, 对底座焊缝和底座表面应进行必要的防锈处理。

3. 底座焊接要求

DCS设备底座含有大量的焊接作业, 因此在施工过程中焊接质量控制直接决定了整个底座的质量情况, 下面将DCS设备底座焊接中主要焊接形式做简单描述。DCS焊接主要涉及的型材 (Q235B、Q345B) :钢锭、槽钢、扁钢、角钢。

4. 设备底座安装

DCS设备底座预制安装中, 精度高, 焊接量大, 使用材料种类多, 在施工和质量管控中应对机加组对精度、焊接工艺要求和变形控制, 材料使用等方面进行严格把关, 确保施工质量满足文件要求, 为后续设备安装奠定基础。

5. 设备引入

设备运输尽量在原始包装情况下从存储区域运输到最终安装区域 (控制间或试验场) 。在最终安装区域, 才能拆卸运输包装。采取特殊保护措施, 保证在垂直位置执行运输。

6. 设备定位/安装

DCS设备一般分为:

SPPAT2000系列:AS620B-R (PAS/SAS) 、AS620B-R (extension) 、AS620B-R (Diesel) 柜型;

TXS系列:SC9422、SC6622和8MF柜型。

(1) 根据布局图规定的数据, 在底座上就位盘柜。 (2) 在安装区上划线标出每台机柜的安装位置, 将机柜移动到底座上; (3) 机柜等设备安装应按照相对于房间入口位置“由内至外”的顺序进行; (4) 设备在控制室和机房内移动时, 要采用适当的保护措施; (5) 机柜在基础上的位置应与机柜的标识码和安装布置图上的标识码一致。 (6) 在底座上划出安装所需孔位置; (7) 在底座上标出螺栓孔并钻孔; (8) 清洁安装区域 (地面、螺栓孔) ; (9) 把盘柜移到安装的位置上并调整水平、垂直度; (10) 采取适当的措施安装连接螺栓, 如采用垫片除去单独盘柜间的应力; (11) 用螺栓安装固定机柜力矩扳手拧紧螺栓至规定值。 (12) 最后接地线安装 (根据柜体设计接地位置把柜体与主干线接地连接) 。

三、DCS安装技术关键技术要求

(一) 设备底座安装

(1) 设备底座抗震等级要求高因, 此对安装精度质量控制要求高; (2) 焊接工作量大并存在特殊热处理工艺 (过程控制要求严格) 。

(二) DCS设备及电缆连接

(1) 设备对环境要求严格, 在运输维护阶段必须保证温湿度要求; (2) 屏蔽的处理要求特殊, 保证屏蔽层正确可靠接地, 是保证系统正常运行的要素之一; (3) SAE端子的连接工作量大, 需要保证其采用气枪连接时的质量。

(三) 重点检查项目

(1) 底座焊接工艺控制; (2) DCS设备控制区环境控制; (3) SAE端子的电缆连接后的牢固程度; (4) 屏蔽的处理连接后的可靠程度。

四、结论

本论文对DCS施工技术和功能进行论述和介绍, 并对在施工中发现的各种具体问题进行阐述、分析, 结合施工现场施工经验提出解决方案, 为后续的施工提供借鉴参考和帮助。

摘要：EPR压水堆核电站全数字集散控制系统DCS (distributed control system) 。与普通模拟系统相比, 具有精度高、抗干扰能力强、参数可调范畴大、实施测量控制的重复好等优点, 其应用成为当今工业过程自动控制中的必然趋势。在吸收和总结以往核电站建设经验与教训的基础上, 通过台山EPR堆型压水堆核电站工程建设的实践, 编制了DCS安装技术工法, 以更有效地达到设备的安装质量、提高施工效率。

关键词：设备安装,金属底座预制,典型问题,解决措施