DCS和ESD之間通訊故障導(dǎo)致氣化爐停車原因分析及處理

王　勇，馮雙雙，王宇宙

（兗礦國宏化工有限責(zé)任公司，山東　鄒城　273512）

DCS和ESD之間通訊故障導(dǎo)致氣化爐停車原因分析及處理

王勇，馮雙雙，王宇宙

（兗礦國宏化工有限責(zé)任公司，山東鄒城273512）

【摘要】隨著科技的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)推動了工業(yè)發(fā)展。時(shí)至今日，大型化工生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)依賴程度達(dá)到前所未有的高度。一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全。本文通過一次控制系統(tǒng)故障，詳細(xì)介紹了事故發(fā)生的原因，問題排查的過程以及采取的措施，提高了自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】ESD；DCS；自動控制系統(tǒng)

1　引言

某公司德士古水煤漿加壓氣化控制系統(tǒng)采用的DCS（Distributed Control System）為ABB的industrial分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫編程技術(shù)以實(shí)現(xiàn)全局一體化編程。緊急停車系統(tǒng)ESD（Emergency Shutdown Device）系統(tǒng)為德國HIMA公司的大型PESHS系統(tǒng)。在運(yùn)行過程中因硬件故障等原因多次發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)造成全系統(tǒng)停車。下文記錄了一次因DCS于ESD之間通訊中斷造成氣化爐停車的事故經(jīng)過、處理過程以及所采取的措施。

2　事故經(jīng)過及故障排查過程

2013年11月29日8時(shí)20分A#氣化爐因“氧煤比高高”聯(lián)鎖觸發(fā)跳車。跳車后DCS流程畫面仍然顯示A#氣化爐系統(tǒng)處于開車運(yùn)行狀態(tài)。儀表值班人員立即對控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)之間的通訊出現(xiàn)嚴(yán)重的遲滯。在查找通訊遲滯問題過程中，B#氣化爐于11月29日08：25跳車，跳車信息ESD系統(tǒng)SOE記錄為no communication記錄。公司領(lǐng)導(dǎo)和儀表車間相關(guān)負(fù)責(zé)人到現(xiàn)場展開全面檢查，發(fā)現(xiàn)DCS和ESD之間的通訊狀態(tài)為：A#氣化爐與ESD的數(shù)據(jù)通訊完全中斷，B#和C#氣化爐與ESD的數(shù)據(jù)通訊延時(shí)時(shí)間約為5分鐘（正常時(shí)間為5秒左右）。

事故發(fā)生后，儀表車間相關(guān)負(fù)責(zé)人對所有硬件和軟件記錄信息仔細(xì)檢查和分析，并且采取了以下措施進(jìn)行問題排查：

1）對DCS系統(tǒng)中的專用通訊控制器AC9進(jìn)行冗余切換，排查是否是因?yàn)橹骺刂破魍ㄓ嵐收?，結(jié)果顯示兩冗余控制器不存在硬件故障，通訊故障未消除；

2）對所有的通訊接口的端子進(jìn)行重新壓接、緊固，通訊故障未消除；

3）對AC9控制器進(jìn)行斷電，重新上電自檢啟動，通訊故障未消除；

4）對AC9程序重新進(jìn)行了整站下載，故障未消除；

5）對ESD系統(tǒng)每對控制器均進(jìn)行了掉電后重新上電處理，通訊故障未消除；

6）對ESD系統(tǒng)每對控制器均進(jìn)行了程序的重新整站下載，通訊故障未消除；

7）因DCS診斷軟件顯示AC9控制器通訊負(fù)荷為100%，嚴(yán)重超標(biāo)，因此將AC9控制器下的其他通訊負(fù)載（氣化爐表面熱偶通訊、氣化質(zhì)譜分析儀通訊）全部斷開，只保留ESD系統(tǒng)的通訊，通訊故障未消除；

8）從DCS的AC9控制器至ESD系統(tǒng)重新敷設(shè)一根MODBUS電纜，脫開原通訊電纜，對單套系統(tǒng)之間進(jìn)行獨(dú)立通訊，通訊故障未消除；

9）將ESD系統(tǒng)至DCS AC9的通訊接頭更換為新的通訊接口，通訊故障未消除。

10）借鑒兄弟單位處理此問題的經(jīng)驗(yàn)，將CPU掉電并拆除CPU電池，徹底清除FLASH存儲，并重新進(jìn)行程序的整站下載，通訊故障仍然未消除。

11月29日ABB和HIMA的工程師對各自系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部通訊測試，DCS工程師通過MODBUS通訊測試專用軟件對DCS的內(nèi)部通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送和接收測試，測試表明AC9控制器自身通訊狀態(tài)正常；ESD工程師通過MODBUS通訊測試專用軟件對ESD系統(tǒng)每個(gè)CPU進(jìn)行通訊測試時(shí)發(fā)現(xiàn)：（1）A套ESD系統(tǒng)兩個(gè)冗余的CPU上的MODBUS接口通訊故障，無法響應(yīng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的請求；（2）B套ESD系統(tǒng)兩個(gè)冗余的CPU上的MODBUS接口通訊正常，完全響應(yīng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的請求；（3）C套ESD系統(tǒng)兩個(gè)冗余的CPU其中一個(gè)的MODBUS接口通訊故障，無法響應(yīng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的請求；（4）D套ESD系統(tǒng)兩個(gè)冗余的CPU上的MODBUS接口通訊正常，完全響應(yīng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的請求。隨后，在ESD系統(tǒng)上將MODBUS接口故障的CPU脫開，測試至DCS通訊，通訊恢復(fù)正常。經(jīng)比對測試結(jié)果，最終確定此次通訊故障的根本原因?yàn)椋涸贓SD至DCS的通訊鏈路中出現(xiàn)了三個(gè)故障點(diǎn)，造成了數(shù)據(jù)通路中涌現(xiàn)出大量故障診斷數(shù)據(jù)，并重復(fù)診斷，這些數(shù)據(jù)極大地占用了數(shù)據(jù)通訊通路，引起了數(shù)據(jù)擁堵，系統(tǒng)之間正常的數(shù)據(jù)交換變得非常遲滯，出現(xiàn)了通訊等待、延時(shí)的情況。

3　事故原因分析

1）ESD系統(tǒng)通訊模塊故障，引起ESD至DCS之間的通訊故障，造成系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能正常傳輸，導(dǎo)致B#氣化爐跳車，引起后系統(tǒng)停車，是發(fā)生事故的直接原因。

2）系統(tǒng)停車大修期間未對DCS和ESD系統(tǒng)的通訊狀態(tài)和接口、線路、模塊進(jìn)行檢測，點(diǎn)檢不全面、檢查不徹底，未要求廠家對DCS系統(tǒng)與ESD系統(tǒng)之間的MODBUS通訊模塊及其線路進(jìn)行測試，僅對自身控制器冗余切換做了相應(yīng)的測試，是發(fā)生事故的又一重要原因。

4　事故教訓(xùn)與防范措施

1）強(qiáng)化車間責(zé)任落實(shí)，積極整改儀表缺陷。儀表車間加強(qiáng)日常巡檢的管理，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理儀控故障，計(jì)算機(jī)班巡檢人員要對控制室機(jī)柜間CPU運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)扇運(yùn)行、機(jī)柜溫度濕度、IO卡件狀態(tài)、UPS輸出狀態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)控。

2）加強(qiáng)隱患排查治理工作力度，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。利用計(jì)劃停車機(jī)會將四套ESD至DCS的通訊完全分開，相互之間不再影響、制約。全面排查生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題、缺陷，制定改進(jìn)措施，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，計(jì)劃制定ESD系統(tǒng)單獨(dú)配置上位機(jī)軟件方案，將ESD系統(tǒng)開、停車所需要顯示的參數(shù)、畫面通過ESD專門的軟件繪制出來，并在操作臺獨(dú)立顯示、控制。

5　總結(jié)

控制系統(tǒng)作為當(dāng)今大型工業(yè)生產(chǎn)的一部分，它的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定長周期優(yōu)化運(yùn)行。對控制系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)顯得尤為重要。在日常工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，摸索規(guī)律，不放過任何一個(gè)異常情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)并進(jìn)行有效處理。

【參考文獻(xiàn)】

［1］蘇春等.數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造［J］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010第一版.

【作者簡介】

王勇，男，本科，助理工程師，從事空分行業(yè)5年，調(diào)度工作3年。