液压顶升机械控制与顶升控制系统DCS构成

　　重型构件液压提升过程控制己经有了较多的系统总结，特别是DG/TJ08-2056-2009有较为系统的阐述，其他也有较多研究者相关的案例讨论，但大多停留在方案介绍。对具体施工缺乏指导。根据工程实践，重型构件提升过程中可能出现的重大风险因素包括：

　　(1)施工与方案设计偏离。在工程实践中，大部分提升方案均由提升单位自行设计、施工，没有形成的监管。出于各种考虑，工程提升单位经常在具体实施过程中往往简配相关设施，如缩小提示器规格、支撑系统缩水、废旧材料代用、承重结构和被提升结构加固过程偷工减料等等，随意变方案，虽然提升单位根据自身经验认为这些简配在范围之类，但是一旦不能识别其他管理各方均面临严重系统风险，如被提升结构失稳、承重构件破坏、提升系统失稳等等。所以，提升前验收至关重要，只有确认各个系统己经严格按照设计方案施工完成方可组织试提升。

　　(2)误差控制超过设计考虑幅度。如被提升结构拼装位置偏差超过设计值，造成提升起吊时荷载方向改变产生附加荷载，有可能影响侧向支撑；未设置防幌装置提升过程由于阵风、千斤顶规律性提升造成被提升构件摆幅超过设计值；同步控制精度不足导致实质上的不同步等等。这些误差一旦超过设计值，则意味着系统有超出预期的状态，导致不可预料的风险事件发生。

　　(3)局部超载。在多点提升系统，一旦控制不当，极易出现局部超载现象。工程实践中，同步控制主要依据位移控制为主，由于安装偏差、构件变形等因素，个别提升点在某一时点可能会发生超前或滞后，其承担的荷载或应力将快速增加，一旦超过设计值将可能造成破坏并进一步引起系统问题，因此，采取措施防止个别提升点超载。施工前应根据预先通过计算得到的液压同步提升工况各吊点液压提升力数值，在计算机同步控制系统中，对每台液压提升器的较大提升力进行设定并在各个液压提示器油路中设置旁通阀。当遇到提升力超出设定值时，液压提升器自动采取溢流卸载，以防止出现局部个别提升点应力超出设计值或提升荷载分布严重不均。

　　(4)信息反馈滞后。如前所述，同步液压顶升是一个复杂的系统工程，包含钢绞线、提升油缸集群、液压泵站、传感检测及计算机(控制部件)等多个系统，空间从地面到空中数十米或几百米高空，参与人员至少数十人，信息的及时传递和反馈至关重要。由于系统的不成熟，提升过程必然面临各种异常情况，典型的如各点提升不同步、局部支撑系统变形、被提升构件变形、摆动、油管爆裂、停电、传感器执行器故障等等，如果处理及时各项异常均可以在受控范围，但一旦处理滞后，这些微小的故障将突破范围。

　　解决这一问题的关键点在于事前详细的预案和充分的演练，并及时保持信息通畅，指挥到位，充分利用传感监测和计算机集中控制、目前计算机控制技术完全可以实现通过计算机人机界面的操作，实现自动控制、顺控(单行程动作)、手动控制以及单台提升器的点动操作，从而达到钢结构整体提升安装工艺中所需要的同步提升、空中姿态调整、单点毫米级微调等特殊要求。为了确保可控，各点位的辅助检查、验证手段不可少，各个部位均应安排观察岗随时监控和反应。

　　(二)、顶升平移分布式控制系统DCS的基本构成

　　一个较基本的DCS系统应包括四个大的组成部分：至少一台现场控制站、至少一台操作员站、一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站)、一条系统网络。

　　1、操作员站

　　操作员站主要人机界面的功能，一般采用桌面型通用计算机系统，如图形工作站或个人计算机等。其配置与常规的桌面系统相同，但要求有大尺寸的呈现器和高性能的图形处理器，有些系统还要求每台操作员站使用多屏幕，以拓宽操作员的关持范围。

　　2、现场控制站

　　现场控制站是DCS的核心，液压提升装置主要的控制功能由它来完成。系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证，因此对它的设计、生产及安装都有很高的要求。现场控制站的硬件一般都采用专门的工业级计算机系统，其中除了计算机系统所的运算器、存储器外，还包括了现场测量单元、执行单元的输入输出设备，即过程量I/O或现场I/O。在现场控制站内部，主CPU和内存等用于数据的处理、计算和存储的部分被称为逻辑部分，而现场I/O则被称为现场部分，这两个部分是需要严格隔离的，以防止现场的各种信号，包括干扰信号对计算机的处理产生不利的影响。现场控制站内逻辑部分和现场部分的连接，一般采用与工业计算机相匹配的内部并行总线。并行总线结构比较复杂，成本较高，因此现场控制站内的逻辑部分和现场I/O之间的连接方式上转向了串行总线。串行总线的优点是结构简单，成本低，很容易实现隔离，而且容易扩充，可以实现远程距离的I/O模块连接。

　　3、工程师站

　　工程师站是液压顶升设备DCS中的一个特殊功能站，其主要作用是对DCS进行应用组态。应用组态是DCS应用过程当中不可少的一个环节，因为DCS是一个通用的控制系统，在其上可实现各种各样的应用，关键是如何定义一个具体的系统完成什么样的控制，控制的输入、输出量是什么，控制回路的算法如何，在控制计算中选取什么样的参数，在系统中设置哪些人机界面来实现人对系统的管理与监控，还有诸如警报、报表及历史数据记录等各个方面功能的定义，正确完成组态才能够成为一个针对具体控制应用的可运行系统。

　　组态工作是在系统运行之前进行的，组态完成，系统就具备了运行能力。

　　当系统在线运行时，工程师站可起到一个对DCS本身运行状态进行监视的作用，以及时发现系统出现的异常，并及时进行处置。

　　一般在一个标准配置的DCS中，都配有一台专用的工程师站，也有些小型系统不配置专门的工程师站，而将其功能合并到某台操作员站中。可以将这种具有操作员站和工程师站双重功能的站设置成可随时切换的方式，根据需要使用该站完成不同的功能。

　　4、服务器及其他功能站

　　在现代的DCS结构中，除了现场控制站和操作员站以外，还可以有许多执行特定功能的计算机，如专门记录历史数据的历史站，进行控制运算功能的计算站，进行生产管理的管理站等。

　　随着DCS功能的不断扩展，系统已不再局限于直接控制，加入了监督控制乃至生产管理等功能，因此当今大多数DCS都配有服务器。其主要功能是完成监督控制层的工作，如整个生产装置乃至全厂的运行状态监视、对生产过程各个部分出现的异常情况的及时发现并及时处理，提供实时数据和执行调节控制操作等。

　　5、系统网络

　　DCS是由各种不同功能的站组成，这些站之间实现的数据传输，以实现系统总体的功能，因此系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能，特别是网络的通信规约，关系到网络通信的效率和系统功能的实现。