分段式SCADA系統(tǒng)故障診斷方法的研究

劉佳南 趙靜等

摘 要：原油站庫(kù)SCADA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可分為遠(yuǎn)傳儀表、控制電纜、下位機(jī)、上位機(jī)四大段式，當(dāng)其中某一段出現(xiàn)故障時(shí)就可能造成SCADA系統(tǒng)的整體癱瘓。將SCADA系統(tǒng)劃為四個(gè)分段進(jìn)行故障檢測(cè)的方法，體現(xiàn)出抓住局部要害處理問(wèn)題的思想，因此研究分段式SCADA系統(tǒng)故障診斷的方法能夠科學(xué)、全面、高效地指導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷。

關(guān)鍵詞：分段；SCADA系統(tǒng)；故障診斷；檢測(cè)；方法

引言

目前診斷SCADA系統(tǒng)的故障主要依靠平時(shí)積累的經(jīng)驗(yàn)，并無(wú)一套科學(xué)合理的診斷方法，檢測(cè)人員多憑以往處理故障的經(jīng)驗(yàn)確定檢測(cè)切入點(diǎn)，隨意性較大，往往花費(fèi)較多的時(shí)間精力而不能夠快速查找出故障的所發(fā)之處。針對(duì)這些問(wèn)題文章研究了分段式SCADA系統(tǒng)故障診斷的具體方法，旨在科學(xué)規(guī)范地解決SCADA系統(tǒng)故障檢測(cè)過(guò)程中查找難的問(wèn)題。

1 分段式SCADA系統(tǒng)故障診斷的方法

1.1 遠(yuǎn)傳儀表故障

遠(yuǎn)傳儀表主要指輸油管道采集壓力、溫度等信號(hào)的智能儀表。檢測(cè)儀表故障時(shí)，首先將儀表的控制電纜接線拆除，從控制電纜端用信號(hào)發(fā)生器發(fā)出4-20mA信號(hào)，通過(guò)上位機(jī)軟件客戶端觀察對(duì)比所顯示的參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)信號(hào)的線性比例關(guān)系，如果數(shù)值對(duì)比正常即可判斷儀表端出現(xiàn)了故障。拆卸遠(yuǎn)傳儀表后使用專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果確定是否維修或更換。反之，則進(jìn)入下一步進(jìn)行控制電纜、下位機(jī)、上位機(jī)的故障診斷。

1.2 控制電纜故障

排除遠(yuǎn)傳儀表故障后，進(jìn)行控制電纜的故障檢測(cè)。主要檢測(cè)兩個(gè)方面的內(nèi)容：第一，電纜芯線是否短路。使用萬(wàn)用表電流檔從儀表接線端以每?jī)筛€為一組測(cè)量通斷，保證PLC機(jī)柜端每根芯線都處于分離狀態(tài)。如果出現(xiàn)接通情況，說(shuō)明電纜芯線短路，記下相應(yīng)的電纜芯線編號(hào)；如果仍處于斷路狀態(tài)，則進(jìn)行斷路檢測(cè)。

第二，電纜芯線是否斷路。根據(jù)電纜芯線的編號(hào)，將PLC機(jī)柜端電纜芯線以每?jī)筛鶠橐唤M進(jìn)行組合連接，使用萬(wàn)用表電流檔分別測(cè)量每組通斷。如果檢測(cè)結(jié)果處于接通狀態(tài)，說(shuō)明電纜正常；如果處于斷路狀態(tài)，說(shuō)明本組芯線斷路。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，制定合理的電纜維修方案。

1.3 下位機(jī)故障

下位機(jī)故障主要指PLC機(jī)柜內(nèi)各元器件及其接線的故障。PLC機(jī)柜內(nèi)部接線較為復(fù)雜，在檢測(cè)故障時(shí)可結(jié)合上位機(jī)采用整體排除法。使用信號(hào)發(fā)生器從機(jī)柜內(nèi)部電纜芯線端子接入處發(fā)送測(cè)量信號(hào)，測(cè)試筆記本與以太網(wǎng)交換機(jī)連接上并打開(kāi)備用的工控軟件系統(tǒng)，觀察對(duì)比其顯示數(shù)值與所發(fā)送信號(hào)的線性比例關(guān)系。如果誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，說(shuō)明PLC機(jī)柜部分工作狀態(tài)正常；如果誤差超過(guò)最大允許值，則需要對(duì)PLC機(jī)柜內(nèi)部的接線、端子、模塊等進(jìn)行再分段檢測(cè)。

1.3.1 RTD故障

（1）從PLC機(jī)柜端子排發(fā)送RTD模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常；如果不正常，則從PLC機(jī)柜內(nèi)浪涌保護(hù)器后發(fā)送RTD模擬量信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常。

（2）如果仍不正常，從模塊端子發(fā)送RTD模擬量信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常，否則更換PLC模塊之后觀察對(duì)比是否正常。

（3）如果遠(yuǎn)傳信號(hào)已經(jīng)傳送過(guò)來(lái)，且通道燈顯示正常，上位機(jī)顯示溫度比實(shí)際值高，則觀察對(duì)比生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和PLC機(jī)柜內(nèi)各點(diǎn)的連接是否有松動(dòng)銹蝕現(xiàn)象。

1.3.2 AI故障

（1）從PLC機(jī)柜內(nèi)用萬(wàn)用表測(cè)量回路中是否有4mA以上的電流，如果有則觀察對(duì)比電流值與對(duì)應(yīng)壓力值同上位機(jī)的顯示值是否相符。

（2）如果不相符，則首先檢查回路中有無(wú)24V供電，若沒(méi)有則檢查回路保險(xiǎn)絲的完好情況。若確認(rèn)回路供電完好，從現(xiàn)場(chǎng)使用信號(hào)發(fā)生器發(fā)送電流信號(hào)，若參數(shù)顯示異常，則從PLC機(jī)柜端子排發(fā)送電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常。

（3）如果仍不正常，則從PLC機(jī)柜內(nèi)浪涌保護(hù)器后發(fā)送電流模擬量信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常。

（4）如果仍不正常，則從PLC機(jī)柜內(nèi)模塊端子發(fā)送電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，觀察對(duì)比參數(shù)顯示是否正常，否則更換PLC模塊，觀察對(duì)比參數(shù)是否正常。

1.4 工作站故障

排除PLC機(jī)柜故障后，使用備用網(wǎng)線將以太網(wǎng)交換機(jī)與工作站連接起來(lái)，繼續(xù)觀察對(duì)比信號(hào)發(fā)生器所發(fā)送的信號(hào)與上位機(jī)工控軟件的線性比例關(guān)系，如果誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，說(shuō)明上位機(jī)及工控軟件處于正常工作狀態(tài)，則連接上位機(jī)與交換機(jī)的網(wǎng)線出現(xiàn)故障。反之，對(duì)上位機(jī)及工控軟件進(jìn)行故障排查。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，工控軟件出現(xiàn)故障的概率遠(yuǎn)大于工作站，應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)工控軟件的邏輯關(guān)系與報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，軟件修改完后應(yīng)及時(shí)做好備份。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分段式SCADA系統(tǒng)故障診斷科學(xué)的研究方法，在實(shí)踐過(guò)程中可以檢測(cè)出遠(yuǎn)傳儀表SCADA系統(tǒng)中出現(xiàn)的任何故障問(wèn)題。因?yàn)樯鲜龇椒▽CADA系統(tǒng)整體運(yùn)行的每個(gè)環(huán)節(jié)都考慮在內(nèi)，對(duì)故障區(qū)間進(jìn)行分段式切割并劃定檢測(cè)范圍，最后逐步排除，合理有效地控制故障檢測(cè)的區(qū)間，減少人工檢查的盲動(dòng)性、隨意性。如果輸油站庫(kù)檢測(cè)人員配備充足，各個(gè)分段內(nèi)的故障檢測(cè)工作還可同時(shí)進(jìn)行，大大的提高故障排查處理的效率。

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作者簡(jiǎn)介：劉佳南（1988-），男，江蘇省徐州市人，管道儲(chǔ)運(yùn)公司搶維修中心，助理工程師，研究方向：機(jī)電儀表。