浙大中控DCS系統(tǒng)故障診斷與維修

王 巖，段全軍

（青島明月海藻集團(tuán)有限公司，山東青島 266400）

0 引言

隨著國家對藍(lán)色海洋發(fā)展的推進(jìn)，新興科技在海洋開發(fā)方面逐步廣泛應(yīng)用，海洋工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度也是越來越高。作為國內(nèi)乃至亞洲最大海洋產(chǎn)品生產(chǎn)基地，青島明月海藻集團(tuán)有限公司在工業(yè)自動化開發(fā)應(yīng)用也越來越廣泛，大大提高了生產(chǎn)裝備工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平，為特殊場合提供可靠安全保證。因此，在發(fā)生故障時(shí)如何快速維修對維持企業(yè)正常生產(chǎn)顯得非常重要。下面對氫氣輸送控制DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）發(fā)生的故障進(jìn)行分析和排除。

本系統(tǒng)采用1個(gè)工程師站（ES）、2個(gè)操作員站（OS1/OS2）的模式，故障發(fā)生在OS1站:1個(gè)機(jī)籠，內(nèi)用2塊XP243主控卡，2塊XP233數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，8塊XP313 AI模塊，2塊 XP322 AO模塊，3塊 XP363 DI模塊，2塊XP362 DO模塊及配套的轉(zhuǎn)接模塊和端子板。

1 故障現(xiàn)象

制氫裝置將產(chǎn)生的氫氣分別儲存于2個(gè)中壓罐，經(jīng)過氫壓機(jī)加壓，將氫氣分別儲存于2個(gè)高壓罐，最后將高壓氫氣分別加入3個(gè)反應(yīng)釜中。該DCS系統(tǒng)的一個(gè)分支就是控制這3臺反應(yīng)釜的反應(yīng)過程。2018年5月13日上午9時(shí)正常生產(chǎn)過程中，氫氣高壓儲罐（T214B）數(shù)值發(fā)生突變，卡件指示燈無報(bào)警，系統(tǒng)無報(bào)警，監(jiān)測高壓罐的偏壓報(bào)警燈沒有動作。在趨勢圖畫面，故障位號（PT214B）顯示如圖1所示，氣罐壓力躍變頻繁且振幅波動較大，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

圖1 故障現(xiàn)象趨勢

2 故障分析

依據(jù)DCS使用手冊，造成這種現(xiàn)象的原因主要有4個(gè):①電磁干擾問題；②壓力變送器、報(bào)警燈問題；③模擬量輸入（AI）、數(shù)字量輸出（DO）卡件及轉(zhuǎn)換模塊和端子板問題；④DCS系統(tǒng)問題。

根據(jù)先易后難的原則，分析原因可能是系統(tǒng)故障、電氣故障（圖2）。

圖2 故障分析流程

首先對DCS系統(tǒng)進(jìn)行檢測，包括DCS通信、接地、電磁干擾的檢測。如果沒問題，再進(jìn)行下一步。對電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查:依據(jù)壓力變送器自身參數(shù)，對壓力變送器進(jìn)行檢測；依據(jù)AI、DO卡件性質(zhì)，對卡件進(jìn)行檢測；分別對報(bào)警燈、轉(zhuǎn)換模塊和端子板等硬件設(shè)施進(jìn)行檢測。

3 故障診斷

3.1 針對系統(tǒng)故障的診斷

因?yàn)镺S1其他AI、AO、DI、DO模塊正常，因此，可以排除DCS系統(tǒng)故障、電磁干擾故障及感染木馬病毒。用接地測試儀對DCS接地系統(tǒng)檢測，測得DCS接地阻值為0.92 Ω<1 Ω，接地系統(tǒng)完全符合DCS系統(tǒng)要求。檢查壓力變送器接地體，未發(fā)現(xiàn)異常。

3.2 針對電氣故障的診斷

（1）依據(jù)壓力變送器參數(shù)。測量范圍為0～20 MP，模擬輸出4～20 mA，則壓力變送器特征方程Y=5/4X-5。其中，Y的單位為兆帕；X的單位為毫安。通過萬用表毫安檔測試，發(fā)現(xiàn)壓力變送器輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定，將毫安值代入方程，經(jīng)計(jì)算壓力值與現(xiàn)場機(jī)械壓力表數(shù)據(jù)吻合，因此可以判定，故障與壓力變送器無關(guān)。

（2）DO卡件。根據(jù)接線圖及卡件輸出指示燈，CH1燈綠色，可見DO卡件動作正常；將DCS系統(tǒng)停電，將AI卡件取出，更換備用卡件，送電，開機(jī)，系統(tǒng)啟動后，模擬量跳變現(xiàn)象消除。

（3）檢查偏壓報(bào)警燈不動作。報(bào)警燈工作原理是:當(dāng)位號PT214B測量值高于上限值或低于下限值時(shí)，XP362卡件CH1通道動作，驅(qū)動報(bào)警燈。檢查報(bào)警燈，與電源短接后，報(bào)警燈動作。然后檢查XP527模塊:置換XP527模塊至其他DO卡件后，輸出正常，可以判定XP527模塊正常，確定故障點(diǎn)在端子板XP562-GPRU。

（4）DO卡件及端子板接線如圖3所示。

圖3 XP562端子板接線

圖3中，卡件和端子板之間通過XP527模塊連接。故障狀態(tài)下，用萬用表直流檔測量XP562-GPRU端子板1、2端子，電壓值為DC 24 V。測量外配電電壓為24 V，可見系統(tǒng)電源、輸出電源正常。系統(tǒng)斷電，用萬用表歐姆檔測量6、7端子，通路；測量5、6端子，斷路，未發(fā)現(xiàn)問題。將系統(tǒng)送電，在故障狀態(tài)下，測量端子板1、2電壓，電壓為24 V；測量5、6端子，電壓為0 V，測量6、7端子，電壓值為DC 24 V，測量繼電器線圈兩端電壓，電壓為0 V?？梢詳喽?，繼電器沒有動作。

可見，故障原因是AI卡件故障以及端子板CH1通道繼電器故障。

4 故障排除

肉眼觀察，可以發(fā)現(xiàn)故障AI卡件自身布滿灰塵。佩戴防靜電手環(huán)，用氮?dú)獯祾摺⑶鍧嵖?，用點(diǎn)檢儀測試，卡件正常，插回卡槽。

更換繼電器，測試外圍設(shè)備，確認(rèn)無誤后上電。斷開輸入、輸出信號，將模擬信號發(fā)生器接入PT214B通道，逐步調(diào)整輸入信號，T214B信號平穩(wěn)，無跳變現(xiàn)象，可以斷定AI卡件恢復(fù)正常。在偏壓狀態(tài)下，測量端子板5、6端子，電壓為24 V，6、7端子電壓為0 V，端點(diǎn)正常。重新接入輸入、輸出信號，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語

（1）DCS系統(tǒng)發(fā)生故障，主要有電氣問題、系統(tǒng)問題、通信問題3類原因。發(fā)生通信問題時(shí)，只要查詢主控卡IP地址、ES、OS的IP地址，通過PING指令，配合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以很容易查找到故障點(diǎn)。本案例中，未發(fā)生通信故障，所以不做分析。

（2）電氣故障應(yīng)結(jié)合浙大中控DCS維護(hù)手冊及I/O卡件接線圖，深入了解生產(chǎn)工藝要求，列出故障排除流程，逐一排查故障可能原因，最終排除故障。