淺談DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試

王繼和

【摘 要】本文介紹了化工生產(chǎn)中使用的DCS系統(tǒng)調(diào)試前的檢查和準(zhǔn)備工作，以及DCS系統(tǒng)調(diào)試的主要方法，并對(duì)調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障的診斷與處理作了簡(jiǎn)要的描述。

【關(guān)鍵詞】D C S、調(diào)試、方法、故障診斷、處理

【中圖分類號(hào)】 C931.9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0051-01

前言

分散控制系統(tǒng)DCS是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)。主要通過操作站對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，通過控制站對(duì)工藝過程各部分進(jìn)行分散控制。 其功能特點(diǎn)是：通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化、調(diào)試方便、運(yùn)行安全可靠等。不同的集散控制系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能和調(diào)試方法也不盡相同，但總的內(nèi)容與步驟大致相同。

一、DCS系統(tǒng)調(diào)試前進(jìn)行檢查

系統(tǒng)調(diào)試前的檢查是為了保證開機(jī)順利、可靠。通常集散系統(tǒng)不經(jīng)檢查是不允許送電和不允許開機(jī)的，而且在每次送電和每次開機(jī)前，都應(yīng)進(jìn)行必要的檢查。

檢查的主要內(nèi)容如下：（1）檢查主控室和現(xiàn)場(chǎng)控制站的空氣溫度、濕度、室內(nèi)照度是否達(dá)到使用條件。為此要檢查空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行是否正常，是否符合要求，有一項(xiàng)不合格，就不具備開機(jī)條件。若停機(jī)時(shí)間不長，而且不是因?yàn)榄h(huán)境問題停機(jī)，可以適當(dāng)放松，只要環(huán)境的溫度、濕度和凈化度在控制范圍之內(nèi)即可。（2）導(dǎo)線絕緣電阻的檢查，此項(xiàng)檢查可以作為抽查項(xiàng)目。每個(gè)回路都有超載保護(hù)，可以抽查幾個(gè)回路。檢查方法是把導(dǎo)線和設(shè)備斷開，用兆歐表測(cè)絕緣電阻。具體要求是：信號(hào)線路絕緣 ≥2MΩ，補(bǔ)償導(dǎo)線之間的絕緣電阻≥0.5MΩ，系統(tǒng)電源帶電部分與外殼的絕緣≥5MΩ。（3）供電檢查分為兩個(gè)步驟：：第一是裝置的供電系統(tǒng)檢查，包括UPS的檢查和24VDC供電柜的檢查；第二是供電電源的檢查，包括熔斷管容量的檢查和負(fù)載性能的測(cè)試。

二、調(diào)試的主要方法

1、系統(tǒng)調(diào)試的覆蓋方法

1）硬件調(diào)試項(xiàng)目覆蓋。把硬件分類，制定調(diào)試表格，將具體的檢驗(yàn)項(xiàng)目的正確狀態(tài)、數(shù)據(jù)和允許誤差填好。測(cè)試時(shí)按表格檢查，注意記錄。

2）軟件調(diào)試覆蓋。其實(shí)軟件已經(jīng)過廠家的出場(chǎng)調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的主要工作是檢查使用系統(tǒng)軟件，對(duì)相應(yīng)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)性測(cè)試和功能性測(cè)試。

3）單回路調(diào)試。根據(jù)回路接線圖，將輸入、輸出信號(hào)按模擬量、數(shù)字量等類型分類，并按其范圍和特點(diǎn)分組，排出調(diào)試順序。無論一個(gè)回路的調(diào)試分幾部分完成，每完成一部分即用色筆在回路圖對(duì)已經(jīng)調(diào)試的線路和單元做好標(biāo)記，同時(shí)要做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄。

4）聯(lián)鎖回路調(diào)試覆蓋。利用設(shè)計(jì)提供的信號(hào)聯(lián)鎖邏輯圖或?qū)⒕€路圖整理為邏輯測(cè)試圖，對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行邏輯功能調(diào)試。重點(diǎn)為測(cè)試前核對(duì)邏輯圖。邏輯“1”和“0”的條件結(jié)果需雙重測(cè)試。不能遺漏設(shè)計(jì)需要的邏輯功能，也不能出現(xiàn)多的邏輯功能。

5）程序控制系統(tǒng)調(diào)試覆蓋。按程序表逐步測(cè)試，對(duì)每一步的進(jìn)行條件、各元件狀態(tài)、程序時(shí)間全面檢查、試驗(yàn)。

2、系統(tǒng)調(diào)試的模擬方法

系統(tǒng)調(diào)試中采用綜合模擬方法。采用這種方法的目的是在系統(tǒng)投入生產(chǎn)過程以前完整、真實(shí)的模擬過程參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)試。

1）輸入信號(hào)模擬。在系統(tǒng)中模擬輸入過程變量相應(yīng)的信號(hào)，使用0.05級(jí)數(shù)字萬用表和數(shù)字式壓力表做標(biāo)準(zhǔn)表，保證精度上的要求。

2）輸出負(fù)載模擬。冷態(tài)調(diào)試時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載不接入。對(duì)模擬量輸出負(fù)載，可在控制室內(nèi)有關(guān)盤中輸出輸入端子上接入與負(fù)載相當(dāng)?shù)男」β孰娮?，使其在屏幕上正常顯示。當(dāng)數(shù)字輸出信號(hào)的負(fù)載需要時(shí)，可用信號(hào)燈模擬。熱態(tài)調(diào)試前拆除模擬負(fù)載。

3）系統(tǒng)模擬。系統(tǒng)模擬主要使用在重要且復(fù)雜的聯(lián)鎖系統(tǒng)，采用冷態(tài)調(diào)試。制作模擬板，數(shù)字信號(hào)用開關(guān)和信號(hào)燈模擬，模擬量信號(hào)可由簡(jiǎn)易電子元件線路產(chǎn)生。

4）故障模擬。故障模擬的主要目的是為了檢查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)故障的檢測(cè)診斷和冗余功能。送入越限信號(hào)，故障信號(hào)，測(cè)試操作站的顯示狀態(tài)。用切斷電源、切斷負(fù)載、拔出插件（卡）、人為調(diào)整和加臨時(shí)跨接線等方法模擬故障狀態(tài)，測(cè)試操作站對(duì)相應(yīng)故障的檢測(cè)診斷和冗余功能。

三、調(diào)試人機(jī)對(duì)話

利用DCS操作站等人機(jī)接口的功能，如各單元插卡的發(fā)光二極管顯示，以及現(xiàn)場(chǎng)的顯示操作部分等，或必要時(shí)在端子上插入臨時(shí)的人機(jī)接口，提高系統(tǒng)調(diào)試的速度、效率和準(zhǔn)確性。其要點(diǎn)是：數(shù)據(jù)通道按三級(jí)優(yōu)先權(quán)通訊。對(duì)不同的功能畫面，掃描周期不同。注意調(diào)試中相應(yīng)等待、監(jiān)視、延時(shí)，不要急與對(duì)話。延時(shí)也包括調(diào)節(jié)單元的滯后，如向調(diào)節(jié)閥發(fā)送改變輸出信號(hào)后，需等待閥的動(dòng)作時(shí)間。

四、DCS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中的故障診斷與處理

DCS系統(tǒng)盡管有很多優(yōu)越性，給現(xiàn)場(chǎng)安裝，調(diào)試及系統(tǒng)運(yùn)行帶來了很多方便，然而要保證控制系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)順利開通，所有回路、聯(lián)鎖及報(bào)警系統(tǒng)安全、正確、可靠地投入運(yùn)行，仍然必須注意現(xiàn)場(chǎng)安裝，調(diào)試的高質(zhì)量與高效率，及時(shí)排除隱患。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，在施工過程中要注意以下幾個(gè)方面的問題，并采取相應(yīng)的措施。

1、常見的硬件故障及軟件故障

常見的硬件故障有：（1）系統(tǒng)插卡和元件故障。（2）線路故障。（3）電源故障。

軟件方面的故障有：（1）程序錯(cuò)誤。（2）組態(tài)錯(cuò)誤。

2、故障測(cè)試的基本途徑

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要包括三部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試也可以和現(xiàn)場(chǎng)安裝后對(duì)DCS系統(tǒng)的設(shè)備檢驗(yàn)工作一起進(jìn)行。系統(tǒng)調(diào)試是安裝后投運(yùn)前對(duì)軟件、硬件的綜合性的最終檢查?？梢猿浞掷弥圃鞆S提供的故障檢查流程圖和故障診斷表。

3、故障的位置及處理

（1）DCS系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)掛在總線上的各回路進(jìn)行周期診斷，通過檢查如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其內(nèi)容就被編譯成代碼，經(jīng)由總線的操作站傳遞信息，從而在CRT上顯示和報(bào)告故障發(fā)生的位置。通過CRT了解故障情況后，應(yīng)進(jìn)一步通過機(jī)柜的有關(guān)卡件上的發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)查詢不正常狀態(tài)的故障內(nèi)容。插件外部的故障則要逐步檢查分析。

（2）常見的故障定位方法：根據(jù)故障現(xiàn)象、范圍、特點(diǎn)以及故障發(fā)生的記錄，直接分析，判斷產(chǎn)生的原因和故障的部位，查出故障。對(duì)一些明顯的有外表特征的故障，通過外觀檢查，判斷故障部位，如插頭松動(dòng)、斷線、碰線、短路、元件發(fā)熱燒壞、虛焊等等。有的故障是暫時(shí)性的，可以通過人為的搖動(dòng)，敲擊來發(fā)現(xiàn)。對(duì)懷疑有問題的故障部件，用備件或同樣的卡件進(jìn)行替換，或相互比較。注意替換以前要分析排除一些危害故障，如電源異常，負(fù)載短路等引起的元件損壞的故障，若不先行排除這些故障則替換后可能會(huì)繼續(xù)損壞元件。當(dāng)故障范圍不明時(shí)，可對(duì)故障相關(guān)的部件、線路進(jìn)行分段，逐段分析檢查。將某些部件或線路暫時(shí)斷開，觀察故障現(xiàn)象變化情況，逐步縮小故障范圍，以確定故障部位。

測(cè)試中若發(fā)現(xiàn)組態(tài)錯(cuò)誤，可以核對(duì)組態(tài)表格和組態(tài)數(shù)據(jù)。對(duì)組態(tài)的修改要有專人負(fù)責(zé)。對(duì)于組態(tài)點(diǎn)，在調(diào)試過程中要逐一核對(duì)。對(duì)調(diào)試中的某些信號(hào)，有時(shí)還需要臨時(shí)改變組態(tài)數(shù)據(jù)，以方便調(diào)試回路，調(diào)試完后應(yīng)恢復(fù)原來的狀態(tài)。

應(yīng)用軟件的編制一般在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)完成，因而在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)難免會(huì)有一些程序上的修改，包括程序編寫錯(cuò)誤和控制上的變化修改。每套系統(tǒng)都有特定的編程語言，在調(diào)試中可以對(duì)程序進(jìn)行檢查和運(yùn)行。

在系統(tǒng)調(diào)試中如故障無法進(jìn)行在線診斷，可進(jìn)行離線診斷。操作站的離線診斷主要是利用專用設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，檢查有關(guān)功能。

結(jié)束語

系統(tǒng)調(diào)試是DCS投運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出DCS在系統(tǒng)調(diào)試中的一些方法和步驟，只有把DCS系統(tǒng)調(diào)試好，才能保證DCS的順利投運(yùn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 樂嘉謙.化工儀表維修工[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2005