川气东送SCADA系统3安装调试

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,SCADA,系统,川气东送管道工程,生产技术准备技术培训,西南石油大学电子信息工程学院,青 小 渠,2007.12,监控与数据采集系统(SCADA),第七章,SCADA系统的安装调试与故障诊断,7.1 SCADA系统的安装,从设备的大类来说，SCADA系统应由两部分组成。第一部分是各级控制室内的SCADA系统软件、硬件设备、电源部分和内部电缆，这一部分通常称监控系统。第二部分是现场仪表及其他终端装置、外部线缆，统称现场仪表装置，只有现场仪表装置与作为数据处理的监控系统紧密配合，SCADA系统才能真正发挥作用。,SCADA系统本体由硬件和软件组成。SCADA系统的硬件安装包括盘、柜、机的安装和它们之间的连线，系统工作接地，电源及基本控制器、多功能控制器的安装，安全接地与隔离。,7.1.1 SCADA系统安装的外部条件,SCADA系统安装的外部条件就是控制室和操作室应具备使用的条件。对SCADA系统的控制室和操作室的要求高于常规仪表的中控室，它对室内温度、湿度、清洁度都有严格的要求。在安装前，控制室和操作室的土建、安装、电气、装修工程必须全部完工，室内装饰符合设计要求，空调机启用，并配有吸尘器。其环境温度、湿度、照度以及空气的净化程度必须符合SCADA系统运行条件，才可开箱安装,。,SCADA系统的安装对安装人员也有严格的要求，安装人员必须保持清洁，到控制室或操作室工作必须换上干净的专用拖鞋，以防带灰尘进入SCADA系统装置内。有条件，要尽量避免静电感应对元器件的影响。调试时，不穿化纤等容易产生静电的织物。,7.12 机、柜、盘安装,机、柜、盘要求整体运输到控制室，在安装前拆箱。,目前，虽然国内有少量厂家生产SCADA系统，但大多数还是从国外引进。引进装置开箱安装时，要遵守有关“开箱检验”的规定。开箱时，要有设备供应部门人员和接、保、检部门人员在场、共同检查外观质量，设备内部卡件接线的缺陷情况以及随机带来的质量保证文件、技术资料，三方人员都要详细登记，认真做好记录。三方人员共同核对，共同签字认可。质量保证文件要妥善保管，交工时，随交工资料一起转交甲方(建设单位)，技术资料另行保管，以备安装、调试时使用。,SCADA系统硬件包装箱在运输、开箱、搬运时必须小心，防止倾倒和产生强烈振动，以免造成意外损失。,机、柜、盘的安装顺序与常规仪表箱安装顺序相同，并要制作槽钢底座。SCADA系统控制室通常有500mm左右的防静电、防潮地板，因此底座的高度要考虑好，以保证其稳定性和强度。底座要磨平，不能有毛刺和棱角。要及时除锈和作防腐处理。然后再用焊接法(有预埋铁)或用膨胀螺栓。(没有预埋铁)牢固地固定在地板上。盘、柜、操作台用M10的螺栓固定在底座上。,7.13 接地及接地系统的安装,SCADA系统对接地的要求要远高于常规仪表。它分为本质安全接地、系统直流工作接地、交流电源的保护接地和安全保护接地等。各类接地系统、各接地母线之间彼此绝缘。各接地系统检查无混线后，方能与各自母线和接地极相连。,系统直流工作接地有时又称为数据高速通路逻辑参考地(Logic ground)，要求最高，不同机型有不同要求，阻值一般不能超过1，因此必须打接地极，在地下水位很高的地方容易做到，但在地下水位不高的地方却很困难。尽管困难，也必须要达到小于1的要求，因此有时要采取一些特殊的减小电阻损失的措施。,其他系统接地要求是接地电阻小于4。安全保护接地还可以与全厂系统接地网连起来。,组成系统的模件、模块比较娇贵，有的怕静电感应，有的经受不了雷击感应。安装时要注意说明书中对接地的要求。,7.14 接线,SCADA系统的接线主要有两大部分。第一部分是硬件设备之间的连接，第二部分是SCADA系统和在线仪表包括执行器的连接。,硬件设备之间的连接,这种连接在控制室内部进行，大多采用多芯(65芯或50芯)屏蔽双绞线或同轴电缆，用已标准化了的插件插接。这些电缆又称作系统电缆。插接件很多，要仔细、谨慎，绝对不能误插、错插，通常情况是由一个人或一个小组主接电缆，主接插接件，另一个人或另一小组按图审核。若审核没问题即算通过，审核有问题，两人或两个小组共同商量，找出错接、误接原因，正确接线后，最好由第三者重新审核(主要是错接部分)。总之，要保证接线准确无误。,SCADA系统和在线仪表的连接,这是控制室与现场仪表的连接，量大点多。这种连接有两种基本形式。第一种形式是一根电缆从头到底，与也就是现场仪表或现场执行器连接的两芯电缆一直连到控制室SCADA系统相应的模件接线端子上。,第二种形式是控制室通过主电缆(一般为30芯)连接到现场点集中的地方，通过接线盒，再分别用两芯电缆与每一个一次点连接。这两种电缆敷设形式都很普遍，通常引进项目以多芯电缆为多。不管采用哪一种接线方法，每组信号都要经过三个接点。一般的SCADA系统都有上百个回路，它的接点可多达4万5万个，而每一个接点都必须准确无误，牢固可靠，并且要求排列整齐、美观。,SCADA系统与现场在线仪表的连接，通过各个回路的调试，可方便地检查出接线的错误，但很耽误时间。因此，要求一个人接的线，由另一个人来校核，以便尽早发现问题。,7.15 电源,SCADA系统对电源要求远高于常规仪表，电源必须可靠且安全，对供电系统的安全性要求很高。通常，它采,用双回路供电， 自动切换。万一两个回路都停电，还要有不间断电源瞬时接上，以保证系统运行在安全状态。,7.16 基本控制器、多功能控制器的安全接地与隔离,基本控制器、多功能控制器是SCADA系统的基本组成，SCADA系统许多优于常规仪表的功能都要靠它们去完成。但它们对静电却很敏感，特别是组成它们的集成模块，很容易受静电感应而被破坏。调试人员穿化纤衣服或用化纤手套产生的静电，击穿了集成模块的例子时有发生。,解决的办法是重在预防，除通电后，尽量不用化纤织物外，加强它们的安全接地是重要手段之一。因此，每个装置都应有各自的接地系统。,保证系统安全的另一措施是隔离。隔离的目的是为了防止感应。通常隔离的办法是采用隔离变压器和采用光电法隔离。,7.2 SCADA系统的调试,各种不同的SCADA系统，调试的方法也不同，但总的内容与步骤如下。,7.21调试前的检查,调试前的检查是为了保证开机顺利、可靠。通常SCADA系统不经检查是不允许送电，不允许开机的。并且在每次送电前，每次开机前，都应进行必要的检查。检查的主要内容如下。,环境检查,检查环境(主控室、现场控制站、分析室等与系统有关的环境)的空气温度、湿度、室内照度是否已达到SCADA系统的使用条件。为此要在第一次使用前检查空调系统、照明系统及空气净化系统的运行是否正常，是否符合要求，若有一项不符合，就不具备开机条件。停机之后再开机，若停机时间很长，仍要按上述要求检查。若停机时间不长，在一二天内，并且不是因环境条件的原因而停机，则可稍为放松些，只要检查环境温度是否达到要求，湿度是否符合要求，净化度是否在控制值之内即可。,导线绝缘电阻的检查,这项检查可视为抽检。每一个回路都有保险丝予以超载保护，可以抽检几个回路。检查方法是导线与设备断开，用500V兆欧表测绝缘电阻。具体要求是：信号线路绝缘电阻2M，补偿导线之间的绝缘电，阻05M，低于4V DC的超低压线路绝缘电阻01M，系统电源带电部分与外壳的绝缘电阻5M。,供电检查,供电检查分两个步骤。第一是装置的供电系统检查，包括UPS(不间断电源)的检查。第二是供电单元的检查，包括熔断管容量检查和负载性能试验。特别要检查每个模件的两个供电装置是否接在不同的相线上。,7.22 调试的主要方法,系统调试的覆盖方法,系统调试的模拟方法,系统调试的覆盖方法,硬件调试项目覆盖,软件调试覆盖,单回路调试,联锁回路调试覆盖,程序控制系统调试覆盖,系统调试的模拟方法,系统调试中采用综合模拟方法。采用这种方法的目的是在系统投入生产过程以前完整、真实地模拟过程参数，进行系统状态调试。,(1)从输入信号模拟,从系统输入端送人模拟过程变量相应信号，使用005级数字万用表和数字压力表作标准表，保证精度上的要求。,(2)输出负载模拟,冷态调试时，现场负载不接人。对模拟量输出负载，可在控制室内有关盘中输出输人端子上接人与负载相当的小功率电阻，使其在屏幕上正常显示。当数字输出信号的负载需要时，可用信号灯模拟。,热态调试前拆除模拟负载。,(3)系统模拟,系统模拟主要使用在重要且复杂的联锁系统，采用冷态调试。制作模拟板。数字信号用开关和信号灯模拟。模拟量信号可由简易电子元件线路产生。,(4)故障模拟,故障模拟的主要目的是为了检查计算机系统对故障的检测诊断和冗余功能。送人越限信号、故障信号、测试操作站的显示状态。用切断电源、切断负载、拔出插件(卡)、人为调整和加临时跨接线等方法模拟故障状态，测试操作站对相应故障的检测诊断和冗余功能。,7.23 调试人机对话,利用SCADA操作站等人机接口的功能，如各单元插卡的发光二极管显示，以及现场的显示操作部分等，或必要时在端子上插入临时的人机接口，提高系统调试的速度、效率和准确性。其要点是：数据通道按三级优先权通讯。对不同的功能画面，扫描周期不同。注意调试中相应等待、监视、延时，不要急于对话。延时也包括调节单元的滞后，如向调节阀发出输出改变信号后，需等待阀的行程动作时间。与现场联系要使用对讲机。,7.24 SCADA系统现场调试中的故障诊断与处理,SCADA系统尽管有许多优越性，给现场安装、调试及系统运行带来了很多方便，然而要保证控制系统输入输出点顺利开通，所有回路、调节、联锁、检测及报警系统安全、正确、可靠地投人运行，仍然必须注意现场安装、调试的高质量与高效率，及时排除隐患。根据以往的经验，在施工过程中要注意以下几个方面的问题，并采取相应的措施。,SCADA系统早期故障,尽管制造厂已对SCADA的软件、硬件进行过检查和测试，引进的SCADA系统出检验人员也认真地进行过软件、硬件的检查与测试，但范围与时间有限，不一定能充分发现故障。并且经过运输、存放和安装，也有可能产生新的故障。,工程设计、制造厂的设计存在着不完善和缺陷。尤其是各专业设计不够严密，或者条件不清楚，存在着欠缺和错误。,安装和接线不良造成的故障。,系统元件质量引起的故障。,现场环境因素的影响，如温度、湿度、灰尘、振动、冲击、干扰、鼠害等造成的故障。,调试投运期间，操作人员不熟练引起的误操作和损坏。,现场常见的硬件故障,(1)系统插卡和元件故障 可能产生的原因是元器件质量不良；使用条件不当；调整不当；错误的接线引入不正常电压而形成的短路。,(2)线路故障 可能产生的原因是因电缆导线端子、插头损坏或松动而造成接触不良；或因接线错误、调试中临时接线、拆线或跨接线不当；或因外界腐蚀损坏等。这类故障常是隐蔽的。,(3)电源故障 供电线路事故，线路负载不匹配，可引起系统或局部的电源消失，或电压波动幅度超限，或某元器件损坏，或某些误操作，产生电源故障。这类故障常常影响范围较大。,软件方面的故障,(1)程序错误 设计、编程和操作都可能出现程序错误，特别是联锁、顺控软件，不少问题往往是由于工艺过程对控制的要求未被满足而引起的。,(2)组态错误 设计和输入组态数据时发生错误，这可调出组态显示进行检查和修改。组态错误引起信息传递处理出错。,故障测试的基本途径,现场调试工作主要包括三个部分，硬件调试、软件调试和系统调试。硬件调试和软件调试也可以和现场安装后对SCADA系统的设各检验工作结合起来进行。系统调试是安装后投入运行前对软件、硬件的综合性的最终检查。,可以充分利用制造厂提供的故障检查流程图和故障诊断表。,故障的诊断和处理过程,故障的位置及处理,故障的CRT显示,SCADA系统能及时对挂在总线上的各回路进行周期诊断。通过检查如发现异常现象，其内容就被编成代码，经由总线的操作站传递信息，从而在CRT上显示和报告故障发生的位置。通过CRT了解故障情况后，应进一步通过机、柜的有关插卡上的一系列发光二极管的显示状态，查询不正常状态的故障内容。插卡外部的故障则要逐步检查分析。,常用的故障定位方法,直接判断法 根据故障现象、范围、特点以及故障发生的记录，直接分析、判断产生的原因和故障部位，查出故障。,外部检查法 对一些明显的有外表特征的故障，通过外观检查，判断故障部位，如插头松动、断线、碰线、短路、元件发热烧坏、虚焊、脱焊等等。有的故障，特别是暂时性的故障，可以通过人为摇动、敲击来发现。,替换对比法 对有怀疑的故障部件，用备件或同样的插卡部件、元件进行替换，或相互比较。但要注意，替换前，要先分析排除一些危害性故障，如电源异常、负载短路等引起元件损坏的故障，若不先行排除，则替换上的插件会继续损坏。,分段查找法 当故障范围不明时，可对故障相关的部件、线路进行分段。逐段分析检查、测试或替换。,隔离法 可与分段查找法配合使用。将某些部件或线路暂时断开，观察故障现象变化情况，逐步缩小怀疑对象。,7.3 SCADA系统的故障诊断,SCADA系统在长输管线工程的广泛应用，使可靠性、稳定性问题更加突出，也使人们对整个系统要求越来高，人们希望SCADA系统尽量少出故障，又希望SCADA系统一旦出现故障，能尽快诊断出故障部位位，并尽快修复，使系统重新工作。下面简单介绍故障大体分类及故障诊断的一般方法。,7.3.1 SCADA系统故障的分类,现场仪表设备故障,系统故障,硬件故障,软件故障,操作、使用不当造成故障,现场仪表设备故障,现场仪表设备包括与生产过程直接联系的各种变送器、各种开关、执行机构、负载等。现场仪表设备发生故障，直接影响SCADA系统的控制功能。在目前的SCADA控制系统中，这类故障占绝大部分。这类故障一般是由于仪表设备本身的质量和寿命所,系统故障,这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。如果系统发生故障后可重新启动，使系统恢复正常，则可认为是偶然性故障。相反，若重新启动不能恢复，而需要更换硬件或软件，系统才能恢复，则可认为是固定性故障。这种故障一般是由系统设计不当或系统运行年限较长所致。,硬件故障,这类故障主要指SCADA系统中的模板(特别是IO模扳)损坏造成的故障。这类故障一般比较明显且影响的也是局部的，它们主要是由使用不当或使用时间较长，模板内元件老化所致。,软件故障,这类故障是软件本身所包含的错误所引起的。软件故障又可分为系统软件故障和应用软件故障。系统软件是SCADA系统带来的，若设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发故障，造成停机或死机等现象。此类故障并不常见。应用软件是用户自己编定的。在实际工程应用中，由于应用软件工作复杂，工作量大，因此软件错误几乎难以避免，这就要求在SCADA系统调试及试运行中十分认真，及时发现井解决。,操作、使用不当造成故障,在实际运行操作中，有时会出现SCADA系统某功能不能使用或某控制部分不能正常工作，但实际上SCADA系统并没有毛病，而是操作人员操作不熟练或操作人员操作错误所引起的。这对于初次使用SCADA系统的操作工较为常见。,7.32 故障的分析诊断,SCADA系统一旦出现故障，正确分析和诊断故障发生的部位是当务之急。故障的诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象，来确定故障的部位和原因。这种诊断方法因SCADA系统产品不同而有一定差别。,SCADA系统故障诊断步骤,是否为使用不当引起的故障。这类故障常见的有供电电源错误、端子接线错误、模板安装错误、现场操作错误等。,是否为SCADA系统操作错误引起的故障。这类故障常见的有某整定参数整定错误、某设定状态错误造成的。,确认是现场仪表设备故障还是SCADA系统故障。若是现场一次仪表故障，修复相应现场仪表。,若是SCADA系统本身的故障，应确认是硬件毛病或是软件故障。,若是硬件故障，找出相应硬件部位，更换模板。,若是软件故障，还应确认是系统软件或是应用软件故障。,若是系统软件有故障，可重新启动看能否恢复，或重新装载系统软件重新启动。,若是应用软件故障，可检查用户编写的程序和组态的所有数据，找出故障原因。,利用SCADA系统的自诊断测试功能，SCADA系统的各部分都设计有相应的自诊断功能，在系统发生故障时一定要充分利用这一功能，来分析和判断故障的部位和原因。,谢谢大家！,西南石油大学电子信息工程学院,青小渠,2007.12,