CN112066922A - 一种用于dcs改造的批量电缆端接风险评估与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪控系统改造领域，尤其涉及一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法。所述用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，包括以下步骤：引入空间坐标系，将原系统和新系统的电缆端接位置转换为空间坐标值；通过电缆路径信息获取电缆进线方向；用原系统的电缆端接坐标表征旧电缆长度，根据电缆进线方向，比较原系统和新系统的空间坐标值，评判电缆端接风险；在保证有效端接的条件下，设定目标函数，根据所述目标函数的计算值选定最优的端接设计方案；根据所述最优的端接设计方案生成施工图纸。本发明在设计阶段精准地评判端接风险，然后在评估基础上利用设计裕量降低批量电缆端接风险。

Description

一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法

技术领域

本发明涉及仪控系统改造领域，尤其涉及一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法。

背景技术

集散控制系统(DCS)是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统(DCS)在电厂中广泛应用，是电厂的关键仪控系统，其平均升级换代时间为10～15年。

集散控制系统(DCS)升级改造过程中，经常遇到旧电缆复用的问题。集散控制系统(DCS)更新后，柜内端接位置发生改变，旧电缆长度可能达不到设计要求的位置，从而出现电缆端接风险。如果出现批量电缆端接风险，将直接导致集散控制系统(DCS)改造项目的失败。

现有技术中，普遍采用中转或者更换新电缆的方式以避免电缆端接风险。但是，以上两种方式会引出新的失效故障点，拉长改造施工周期，增加了生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，在设计阶段精准地评判端接风险，然后在评估基础上利用设计裕量降低批量电缆端接风险。

本发明提供了一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，包括以下步骤：

步骤1：引入空间坐标系，将原系统和新系统的电缆端接位置转换为空间坐标值；

步骤2：通过电缆路径信息获取电缆进线方向；

步骤3：用原系统的电缆端接坐标表征旧电缆长度，根据电缆进线方向，比较原系统和新系统的空间坐标值，评判电缆端接风险；

步骤4：在保证有效端接的条件下，设定目标函数，根据所述目标函数的计算值选定最优的端接设计方案；

步骤5：根据所述最优的端接设计方案生成施工图纸。

优选地，所述空间坐标系以机柜为单位，将原点(0,0,0)定位在机柜中心对应的地面位置，水平坐标X及Y按前后左右方位简化为四区，竖直坐标Y以新系统标准接线端子厚度为基本单位。

优选地，若机柜采用下进线，则所述原点定位在下进线地面位置的正中央，从原点到同一高度四个不同分区的坐标点的直线距离相等；

若机柜采用上进线方式，所述原点定位在上进线对应的地面位置中心，所述原点到同一高度的不同分区的坐标点的直线距离相等。

优选地，在空间坐标(X,Y,Z)的基础上，增加电缆进行方向的维度坐标，空间坐标变为(X,Y,Z,电缆方向)。

优选地，所述将原系统和新系统的电缆端接位置转换为坐标值包括：

从DCS数据库中提取测点对应的模块号和通道号，从机柜内部布置图中获取安装底座高度、模块端子排起始高度、各类型模块的规格参数和模块相对布局数据；从电缆路径图中提取电缆上下进线方向数据；

根据上述初始数据，空间坐标的计算方法为：

坐标X值、Y值取自机柜布置图，映射到左前、左后、右前、右后四个分区；

坐标Z值＝安装底座高度+模块相对机柜的高度+通道号/通道总数*模块标准长度；

电缆方向取自电缆路径信息，映射为上进线或下进线数据。

优选地，采用编程语言实现算法程序辅助计算，从而实现批量将原系统和新系统的电缆端接位置转换为坐标值，算法流程是：

以DCS数据库信息为基础数据，检索测点名称对应的模块信息和通道数据，读取机柜布置数据，定位出通道所在模块的起始点坐标值，然后读取模块配置信息，代入通道数据，计算得出通道的精确坐标值，最后校验和保存计算的空间坐标值。

优选地，步骤3中还包括：现场测量和反算校验程序；

所述现场测量包括：制作辅助标尺，标尺刻度与空间坐标系Z轴保持一致，在现场机柜位置，抽样选取有代表性的通道，用标尺实测通道端接位置的坐标值，测量读数与空间坐标值的算法计算结果比较，误差小于一个单位长度则评定空间坐标值的算法结果有效；

所述反算校验程序为：基于空间坐标值反向生成通道数据，再通过通道对比通道原始数据，比对结果一致则证明空间坐标值计算数据的精度和准确度符合预期，空间坐标计算结果可信。

优选地，所述电缆端接风险的评估值ΔK计算公式是：如果电缆为下进线方式，则计算结果为原系统坐标Z值减去新系统对应坐标Z值；如果电缆为上进线方式，则计算结果为新系统坐标Z值减去原系统对应坐标Z值；

所述评估值ΔK≥0或者ΔK≥预设值。

优选地，所述目标函数为：

j代表系统中某一通道，ΔK_j代表第j通道电缆端接风险评估值，n代表DCS系统电缆总数量。

与现有技术相比，本发明的DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，适用于DCS系统改造过程中，采用旧电缆直接端接到新系统的情况。本发明在设计阶段提前识别批量电缆端接风险，在评估基础上利用设计裕量以降低实施风险，减少系统失效故障点，应用效果良好，节省施工工期。且本发明可自动生成施工图纸，避免人因失误风险，增强现场施工图纸的易读性。

附图说明

图1表示空间坐标系示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

本发明的实施例公开了一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，包括以下步骤：

步骤1：引入空间坐标系，将原系统和新系统的电缆端接位置转换为空间坐标值；

步骤2：通过电缆路径信息获取电缆进线方向；

步骤3：用原系统的电缆端接坐标表征旧电缆长度，根据电缆进线方向，比较原系统和新系统的空间坐标值，评判电缆端接风险；

步骤4：设定目标函数；

步骤5：在保证有效端接的条件下，根据所述目标函数的计算值选定最优的端接设计方案；

步骤6：根据所述最优的端接设计方案生成施工图纸。

本发明旨在解决DCS改造中批量电缆端接风险的问题。在设计阶段精准地评判风险，然后在评估基础上利用设计裕量降低风险。

本发明在满足工程要求的精准度前提下，尽可能减少对原始数据的依赖，尽量降低工程应用的门槛。基于此理念，确定如下设计准则：

a)偏保守计算，评估没有端接风险则一定能保证端接成功；

b)规定进机柜后的电缆长度为电缆可用量，不考虑电缆路径中的调整余量；

c)以机柜入口到端接位置之间的直达距离等效为电缆可用长度，不考虑电缆迂回绕道增加的长度；

d)在同一坐标系中，用电缆端接位置的坐标值表征电缆长度，综合考虑电缆进线方式，通过新旧系统的端接坐标比较计算评估结果；

e)优化调整时，优先使用系统设计的裕量，必要时，核实现场电缆实际可用量后给出调整方案。

以下按照步骤详细说明本发明的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法：

步骤1：引入空间坐标系，将原系统和新系统的电缆端接位置转换为空间坐标值。

为了比较新系统和原系统的空间布置差别，方便算法模型计算和后期图纸输出，因此构建统一的空间坐标系。

优选地，所述空间坐标系以机柜为单位，将原点(0,0,0)定位在机柜中心对应的地面位置，水平坐标X及Y按前后左右方位简化为四区，竖直坐标Y以新系统标准接线端子厚度为单位。所述空间坐标系的示意图如图1所示。

原点的选择与电缆的进线方式有关。若机柜采用下进线，则所述原点定位在下进线地面位置的正中央，从原点到同一高度四个不同分区的坐标点的直线距离相等；

若机柜采用上进线方式，所述原点定位在上进线对应的地面位置中心，所述原点到同一高度的不同分区的坐标点的直线距离相等。

原点的选择策略弱化了水平坐标的偏差影响，简化了算法计算过程，提高了计算效率和准确率，不同分区之间调换更加方便。

坐标系水平面X坐标或Y坐标对电缆长度影响有限，不再需要细分到单位长度，坐标信息中仅区分前后左右四区，主要为后期端接图纸输出做输入准备。

坐标系竖直坐标Z是算法计算的核心数据，测量精度要求毫米级，单位长度与新系统标准接线端子的厚度保持一致。为了消除新系统与原系统机柜的物理尺寸和安装形式的差别，规定以原始地面为竖直方向的零点，将不同机柜的尺寸差别体现到空间坐标值中。

Z方向坐标的单位长度选用新系统标准接线端子的厚度数据，主要基于两方面原因：

a)以此单位标准，新系统端子坐标数据格式比较整齐，整数值偏多，方便新系统投用后的维护需要；

b)方便坐标值验证核对。电缆端接设计时，新系统还未开始实物装配，坐标计算依据的是图纸尺寸，选用新系统端子高度作为Z轴单位长度，坐标计算结果与端子排序号有清晰的对应规律，核对验证工作相对简单，准确性也有保障。相对应的旧系统的坐标值将显得凌乱，规律性不强，但是我们可以制作带刻度的标尺实地勘查旧系统机柜布置情况，直接用测量结果验证计算的准确度。

设计中，机柜电缆通常分为上进线和下进线两种形式，不同的进线方式会直接影响评估结果，在空间坐标(X，Y，Z)的基础上，坐标系增加电缆进线方向的维度坐标，空间坐标变为(X,Y,Z,电缆方向)。

坐标系的形式选择和单位刻度的确定是算法模型的基础，合理的选择能简化处理过程，也为后期计算结果验证提供了便利。

确定空间坐标系后，分别计算原系统和新系统电缆端接位置的空间坐标值。算法要求输入的数据包括：

从DCS数据库中提取测点对应的模块号和通道号，从机柜内部布置图中获取安装底座高度、模块端子排起始高度、各类型模块的规格参数和模块相对布局数据；从电缆路径图中提取电缆上下进线方向数据；

根据上述初始数据，空间坐标的计算方法为：

坐标X值、Y值取自机柜布置图，映射到左前、左后、右前、右后四个分区；

坐标Z值＝安装底座高度+模块相对机柜的高度+通道号/通道总数*模块标准长度；

电缆方向取自电缆路径信息，映射为上进线或下进线数据。

优选地，采用编程语言实现算法程序辅助计算，从而实现批量将原系统和新系统的电缆端接位置转换为坐标值，算法流程是：

以DCS数据库信息为基础数据，检索测点名称对应的模块信息和通道数据，读取机柜布置数据，定位出通道所在模块的起始点坐标值，然后读取模块配置信息，代入通道数据，计算得出通道的精确坐标值，最后校验和保存计算的空间坐标值。

空间坐标计算结果是后续风险评估的关键数据和重要依据，为此增设校验环节，因此，优选地，步骤3中还包括：现场测量和反算校验程序；

所述现场测量包括：制作辅助标尺，标尺刻度与空间坐标系Z轴保持一致，在现场机柜位置，抽样选取有代表性的通道，用标尺实测通道端接位置的坐标值，测量读数与空间坐标值的算法计算结果比较，误差小于一个单位长度则评定空间坐标值的算法结果有效；抽样范围可根据实际情况确定，但要求覆盖所有类型模块、不同方位和起止位置的通道。

在抽样验证的基础上，还需要单独设计反算校验程序。所述反算校验程序独立于坐标算法。

所述反算校验程序为：基于空间坐标值反向生成通道数据，再通过通道对比通道原始数据，比对结果一致则证明空间坐标值计算数据的精度和准确度符合预期，空间坐标计算结果可信。

验证和验算的任何偏差都需要反查修正，直至全部校验通过。

步骤2：通过电缆路径信息获取电缆进线方向。

步骤3：用原系统的电缆端接坐标表征旧电缆长度，根据电缆进线方向，比较原系统和新系统的空间坐标值，评判电缆端接风险。

所述电缆端接风险的评估值ΔK计算公式是：如果电缆为下进线方式，则计算结果为原系统坐标Z值减去新系统对应坐标Z值；如果电缆为上进线方式，则计算结果为新系统坐标Z值减去原系统对应坐标Z值；

所述评估值ΔK≥0或者ΔK≥预设值。

所述预设值可根据工程实际情况设置，优选在4～10个基本长度单位，范围内取值。新系统标准接线端子的厚度为一个基本长度单位。

所述电缆端接风险的评估值ΔK必须全部符合要求，任何不符合项都需要手动优化，在系统安全设计裕度内，调整到其它通道，直到ΔK满足要求。

步骤4：步骤：在保证有效端接的条件下，设定目标函数，根据所述目标函数的至选定最优的端接设计方案；

所述目标函数为：

j代表系统中某一通道，ΔK_j代表第j通道电缆端接风险评估值，n代表DCS系统电缆总数量。

目标函数S要求风险评估值总和最小，代表系统改造前后电缆挪动变化量最少，改造项目整体风险控制较好。

步骤5：根据所述最优的端接设计方案生成施工图纸。

所述施工图纸优选为3D图纸。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：引入空间坐标系，将原系统和新系统的电缆端接位置转换为空间坐标值；

步骤2：通过电缆路径信息获取电缆进线方向；

步骤3：用原系统的电缆端接坐标表征旧电缆长度，根据电缆进线方向，比较原系统和新系统的空间坐标值，评判电缆端接风险；

步骤4：在保证有效端接的条件下，设定目标函数，根据所述目标函数的计算值选定最优的端接设计方案；

步骤5：根据所述最优的端接设计方案生成施工图纸。

2.根据权利要求1所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，所述空间坐标系以机柜为单位，将原点(0,0,0)定位在机柜中心对应的地面位置，水平坐标X及Y按前后左右方位简化为四区，竖直坐标Y以新系统标准接线端子厚度为单位。

3.根据权利要求2所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，若机柜采用下进线，则所述原点定位在下进线地面位置的正中央，从原点到同一高度四个不同分区的坐标点的直线距离相等；

若机柜采用上进线方式，所述原点定位在上进线对应的地面位置中心，所述原点到同一高度的不同分区的坐标点的直线距离相等。

4.根据权利要求2所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，在空间坐标(X,Y,Z)的基础上，增加电缆进行方向的维度坐标，空间坐标变为(X,Y,Z,电缆方向)。

5.根据权利要求1所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，所述将原系统和新系统的电缆端接位置转换为坐标值包括：

从DCS数据库中提取测点对应的模块号和通道号，从机柜内部布置图中获取安装底座高度、模块端子排起始高度、各类型模块的规格参数和模块相对布局数据；从电缆路径图中提取电缆上下进线方向数据；

根据上述初始数据，空间坐标的计算方法为：

坐标X值、Y值取自机柜布置图，映射到左前、左后、右前、右后四个分区；

坐标Z值＝安装底座高度+模块相对机柜的高度+通道号/通道总数*模块标准长度；

电缆方向取自电缆路径信息，映射为上进线或下进线数据。

6.根据权利要求5所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，采用编程语言实现算法程序辅助计算，从而实现批量将原系统和新系统的电缆端接位置转换为坐标值，算法流程是：

以DCS数据库信息为基础数据，检索测点名称对应的模块信息和通道数据，读取机柜布置数据，定位出通道所在模块的起始点坐标值，然后读取模块配置信息，代入通道数据，计算得出通道的精确坐标值，最后校验和保存计算的空间坐标值。

7.根据权利要求1所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，步骤3中还包括：现场测量和反算校验程序；

所述现场测量包括：制作辅助标尺，标尺刻度与空间坐标系Z轴保持一致，在现场机柜位置，抽样选取有代表性的通道，用标尺实测通道端接位置的坐标值，测量读数与空间坐标值的算法计算结果比较，误差小于一个单位长度则评定空间坐标值的算法结果有效；

所述反算校验程序为：基于空间坐标值反向生成通道数据，再通过通道对比通道原始数据，比对结果一致则证明空间坐标值计算数据的精度和准确度符合预期，空间坐标计算结果可信。

8.根据权利要求1所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，所述电缆端接风险的评估值ΔK计算公式是：如果电缆为下进线方式，则计算结果为原系统坐标Z值减去新系统对应坐标Z值；如果电缆为上进线方式，则计算结果为新系统坐标Z值减去原系统对应坐标Z值；

所述评估值ΔK≥0或者ΔK≥预设值。

9.根据权利要求1所述的用于DCS改造的批量电缆端接风险评估与控制方法，其特征在于，所述目标函数为：

j代表系统中某一通道，ΔKj代表第j通道电缆端接风险评估值，n代表DCS系统电缆总数量。

Images