DCSDCSCS控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障案例分析

唐全勝

目前，DCS控制系統(tǒng)在水泥行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，其中央處理單元很少出現(xiàn)故障。但由于設(shè)計(jì)不合理或使用維護(hù)不當(dāng)、元器件質(zhì)量問(wèn)題或軟件故障，其電源模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入輸出模塊及外圍線(xiàn)路，常使DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障?，F(xiàn)以我公司DCS控制系統(tǒng)為例，對(duì)出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行案例分析，供同行參考。

1 案例一

2015年9月2日，我公司5 000t/d窯系統(tǒng)大修，在投料生產(chǎn)運(yùn)行1.5h后，即出現(xiàn)入窯斗式提升機(jī)、入窯空氣斜槽、生料倉(cāng)流量控制閥同時(shí)跳?，F(xiàn)象。中央控制室顯示窯主傳無(wú)備妥，現(xiàn)場(chǎng)檢查為窯主傳斷路器跳閘，懷疑為過(guò)載跳停，將斷路器整定值調(diào)整為最大值1 600A（我公司窯主傳額定電流為1 060A），重新開(kāi)機(jī)后運(yùn)行正常。但運(yùn)行1.5h左右窯主傳再次跳停，此次跳停斷路器并未跳閘，整流柜也無(wú)故障顯示，同時(shí)入窯斗式提升機(jī)、入窯空氣斜槽、生料倉(cāng)流量控制閥同時(shí)跳停。中央控制室操作站顯示故障為L(zhǎng)CS02系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障，在工程師站的系統(tǒng)硬件中查故障原因：

故障記錄為：

（1）9月2日13時(shí)43分有一個(gè)“Distruted I/O Station failure”故障；

（2）9月2日13時(shí)45分有一個(gè)“I/O access error when transferring the process image”故障。

據(jù)此，懷疑I/O系統(tǒng)有問(wèn)題，經(jīng)查窯尾I/O系統(tǒng)2號(hào)柜的2號(hào)插槽和3號(hào)插槽有應(yīng)答信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)丟失現(xiàn)象。而2號(hào)插槽和3號(hào)插槽對(duì)應(yīng)的設(shè)備正是窯主傳、入窯斗式提升機(jī)、入窯空氣斜槽和生料倉(cāng)流量控制閥的相關(guān)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

處理辦法：

（1）將對(duì)應(yīng)的2號(hào)插槽和3號(hào)插槽中的模塊重新插撥一次。

（2）對(duì)2號(hào)插槽和3號(hào)插槽中對(duì)應(yīng)的信號(hào)屏蔽電纜接地情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)接地與柜體的電氣安全接地混淆在了一起，將兩種接地分開(kāi)處理后，再也沒(méi)有出現(xiàn)窯主傳跳?，F(xiàn)象。

2 案例二

2016年7月11日，當(dāng)輥磨系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，按工藝流程開(kāi)至輥磨選粉機(jī)變頻器時(shí)，輥磨系統(tǒng)所有設(shè)備（包括高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)、窯尾電收塵、生料庫(kù)頂?shù)妮斔秃褪諌m設(shè)備）瞬間跳停。查看原料磨現(xiàn)場(chǎng)控制站的CPU及各I/O系統(tǒng)模塊，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何故障現(xiàn)象，重新啟動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)及輥磨系統(tǒng)后，當(dāng)按順序啟動(dòng)輥磨選粉機(jī)變頻器時(shí)，故障現(xiàn)象依然存在，懷疑變頻器的高次諧波干擾對(duì)DCS系統(tǒng)造成了影響。在上位機(jī)ES站查找系統(tǒng)故障，故障現(xiàn)象如下：

（1）LCS01現(xiàn)場(chǎng)控制站報(bào)系統(tǒng)故障

a“Module error entering state”

b“Asynchronous PLC error entering state”

（2）ES故障源

“No Access to the SQL Server，Data Loss”

（3）控制站機(jī)架故障

“LCS＠（3）/LCS01-ET04、ET05、ET07、ET08、ET09 Station Failure”

高溫風(fēng)機(jī)、輥磨吐渣組在幾天前曾出現(xiàn)過(guò)跳停現(xiàn)象，跳停后檢查現(xiàn)場(chǎng)控制站，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，只是在跳停后，操作站畫(huà)面中的電機(jī)塊出現(xiàn)紅色報(bào)警，取消報(bào)警后備妥正常。當(dāng)時(shí)只是懷疑跳停設(shè)備對(duì)應(yīng)的輸入或輸出點(diǎn)端子有可能松動(dòng)，輥磨振動(dòng)備妥丟失而造成設(shè)備跳停，跳停后振動(dòng)消除，從而恢復(fù)備妥。

從7月11日的故障現(xiàn)象可知，啟動(dòng)變頻器會(huì)造成系統(tǒng)跳停。因此我們對(duì)變頻器一次回路的屏蔽接地進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)變頻器的屏蔽接地不可靠，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)DCS的系統(tǒng)接地也存在虛接現(xiàn)象。對(duì)變頻器一次屏蔽和DCS系統(tǒng)進(jìn)行可靠接地后，再也沒(méi)有出現(xiàn)以上故障現(xiàn)象。

3 案例三

2016年10月8日，煤磨袋收塵器CO濃度要么顯示壞值，要么顯示負(fù)值。經(jīng)檢測(cè)，其實(shí)際電流信號(hào)為178mA，超出4～20mA量程范圍。懷疑為信號(hào)干擾所致，對(duì)屏蔽接地進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)此輸入信號(hào)回路的屏蔽有接地不良現(xiàn)象，重新處理后，CO濃度顯示恢復(fù)正常。

4 案例四

2016年10月30日，我公司窯尾電收塵器進(jìn)出口溫度和壓力顯示同時(shí)出現(xiàn)壞值，經(jīng)檢查為模擬量輸入通道燒壞，更換輸入通道后恢復(fù)正常。但兩個(gè)月后，停窯檢修電收塵器時(shí)，窯尾電收塵器進(jìn)出口溫度和壓力又同時(shí)出現(xiàn)壞值，懷疑因?yàn)殡娛諌m器檢體，電焊時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓傳入模擬量輸入通道，造成輸入通道損壞。檢查發(fā)現(xiàn)，安裝公司在接以上信號(hào)的屏蔽線(xiàn)時(shí)沒(méi)有接地，處理好接地后，再也未出現(xiàn)過(guò)燒壞通道的現(xiàn)象。

以上四項(xiàng)實(shí)例說(shuō)明，DCS系統(tǒng)的獨(dú)立接地和可靠接地，對(duì)DCS系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行十分重要，因此在DCS系統(tǒng)接地的施工、接地電纜的敷設(shè)和系統(tǒng)接地端子的處理上都要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)規(guī)范要求，否則就會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

5 案例五

2017年4月1日，煤取料機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行3min左右后，取料機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)跳停，觸摸屏上顯示的故障為：料耙、行走電機(jī)、調(diào)車(chē)電機(jī)、取料機(jī)限位（超限位和超極限位共四個(gè)限位為行程開(kāi)關(guān)的常閉點(diǎn)，直流24V信號(hào)輸入PLC的開(kāi)關(guān)量輸入模塊）和控制電纜空氣開(kāi)關(guān)、動(dòng)力電纜空氣開(kāi)關(guān)跳閘。而實(shí)際上，以上7個(gè)信號(hào)在PLC輸入模塊上的指示燈一直亮著，證明實(shí)際上并無(wú)跳閘現(xiàn)象。開(kāi)始懷疑是7個(gè)信號(hào)共用的24V電源或N線(xiàn)出現(xiàn)了松動(dòng)，從而造成上述假象，但檢查所有24V電源和N線(xiàn)，并未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

連續(xù)試車(chē)幾次，每次都出現(xiàn)同樣的情況，即運(yùn)行3min左右隨即跳停，懷疑程序有問(wèn)題。將CPU斷電，撥下存儲(chǔ)卡后重裝，對(duì)CPU通電后重新安裝程序，開(kāi)機(jī)后故障現(xiàn)象依然存在?，F(xiàn)場(chǎng)檢查料耙運(yùn)行軌道，發(fā)現(xiàn)料耙液力耦合器的液壓壓力檢測(cè)線(xiàn)松脫，24V電源線(xiàn)裸露在接線(xiàn)盒外面，當(dāng)料耙運(yùn)行至該位置后碰到該線(xiàn)頭，造成24V電源對(duì)地短路。取料機(jī)共有兩個(gè)24V穩(wěn)壓電源，上述7個(gè)信號(hào)加上液力耦合器壓力檢測(cè)共8個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)共用一個(gè)24V電源，而PLC開(kāi)關(guān)量輸入模塊只要有8～15V電壓指示燈就會(huì)亮，同時(shí)由于出現(xiàn)短路現(xiàn)象的時(shí)間很短暫，因而一時(shí)難以發(fā)現(xiàn)，處理好料耙液力耦合器的液壓壓力檢測(cè)線(xiàn)后，故障現(xiàn)象消除。

6 案例六

2017年4月10日，窯尾及窯中系統(tǒng)連續(xù)跳停，每次跳停后故障現(xiàn)象為設(shè)備無(wú)備妥，檢查為PLC柜內(nèi)的總電源開(kāi)關(guān)跳閘，復(fù)位后啟動(dòng)正常，但運(yùn)行一段時(shí)間后又出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。開(kāi)始懷疑空氣開(kāi)關(guān)質(zhì)量有問(wèn)題或空氣開(kāi)關(guān)容量不夠大，更換空氣開(kāi)關(guān)后，隔一段時(shí)間空氣開(kāi)關(guān)依舊跳閘?？諝忾_(kāi)關(guān)跳停時(shí)間間隔有一定的規(guī)律性，我們便聯(lián)想到窯尾系統(tǒng)的空氣炮和生料均化庫(kù)下的流量控制閥為自動(dòng)循環(huán)控制，時(shí)間間隔有一定的規(guī)律性，于是對(duì)生料均化庫(kù)下的流量控制閥和窯尾空氣炮控制回路進(jìn)行重點(diǎn)檢查。最終發(fā)現(xiàn)生料均化庫(kù)下的一個(gè)流量控制閥有問(wèn)題，當(dāng)控制程序循環(huán)至該閥自動(dòng)打開(kāi)時(shí)，其開(kāi)限位開(kāi)關(guān)量信號(hào)線(xiàn)會(huì)碰上破損的DCS系統(tǒng)的火線(xiàn)K1線(xiàn)，造成K1線(xiàn)對(duì)地短路，從而造成PLC柜的總電源跳閘，導(dǎo)致燒成窯尾和窯中的所有設(shè)備跳停，嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全運(yùn)行。

處理辦法：我們除對(duì)絕緣破損進(jìn)行處理外，還對(duì)整個(gè)控制回路進(jìn)行了改進(jìn)，即根據(jù)設(shè)備成組啟動(dòng)的劃分，對(duì)不同的控制組加裝了獨(dú)立的分段空氣開(kāi)關(guān)，這樣，當(dāng)某一組設(shè)備空氣開(kāi)關(guān)跳閘后，不會(huì)引起其他組的設(shè)備甚至整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的跳停。

以上兩個(gè)案例的故障現(xiàn)象告訴我們，故障雖然具有一定的隱蔽性，但同時(shí)也具有一定的規(guī)律性，只要熟悉工藝流程和控制原理，就可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并最終找到解決問(wèn)題的辦法?！?/p>