淺談橫河DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

劉現(xiàn)朝

(洛陽煉化宏達(dá)實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471012)

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，DCS系統(tǒng)開始大規(guī)模進(jìn)入流程工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其在?；飞a(chǎn)領(lǐng)域，生產(chǎn)裝置配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)是被寫進(jìn)法規(guī)的。同時(shí)DCS系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)裝置的儀表系統(tǒng)核心，因此對(duì)其進(jìn)行精心、細(xì)致、安全的維護(hù)，是保證DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的前提，也是裝置平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的先決條件之一。本文對(duì)橫河DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并對(duì)DCS系統(tǒng)的升級(jí)改造中需注意的細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述。

1 橫河DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其工作原理

目前，公司用的橫河DCS系統(tǒng)有兩個(gè)版本，分別是CS3000R3.09和CENTUMVPR5.04，這兩個(gè)版本的DCS系統(tǒng)在硬件構(gòu)成上基本一致，只是所支持的操作系統(tǒng)和上位機(jī)界面風(fēng)格有所不同。

橫河DCS系統(tǒng)硬件主要有：現(xiàn)場(chǎng)控制站(FCS)、操作員站(HIS)和二層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成。

FCS：現(xiàn)場(chǎng)控制站，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào)采集、邏輯運(yùn)算、執(zhí)行指令，是整個(gè)DCS系統(tǒng)的控制核心。

HIS/ENG：操作員站/工程師站，操作員站負(fù)責(zé)顯示生產(chǎn)流程圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)、閥位狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等基本功能，還有控制分組、報(bào)表、歷史趨勢(shì)、系統(tǒng)狀態(tài)等高級(jí)功能。工程師站除了具備操作員站功能之外，還具備工程組態(tài)(硬件組態(tài)、控制回路組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、歷史趨勢(shì)組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)等)、系統(tǒng)下裝、調(diào)整參數(shù)備份、項(xiàng)目備份等功能。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：負(fù)責(zé)DCS系統(tǒng)中FCS和HIS的數(shù)據(jù)交換和組網(wǎng)功能，其中系統(tǒng)中的所有站均為雙網(wǎng)設(shè)置，即BUS1控制網(wǎng)用于傳輸控制數(shù)據(jù)；BUS2除了用于傳輸控制數(shù)據(jù)，同時(shí)兼具開放網(wǎng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)操作站之間、操作站與外部系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換通訊。

FCS的CPU、電源模塊也為冗余配置，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)切換，以上設(shè)備中，任意一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法完全運(yùn)行，同時(shí)生產(chǎn)操作命令均可在一臺(tái)操作站上統(tǒng)一下達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的分布控制、集中管理的功能。

橫河DCS系統(tǒng)是以域來劃分系統(tǒng)設(shè)備的，一個(gè)域最少應(yīng)設(shè)有一個(gè)FCS和一個(gè)HIS，最多可以有64個(gè)站，其中FCS不得超過16個(gè)。如果多個(gè)系統(tǒng)需要連接，則須通過三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)拓展，最多可以拓展到256個(gè)域，三層交換機(jī)的選購(gòu)應(yīng)以橫河推薦的為準(zhǔn)，如CISCO、赫斯曼、DELL等，若是其他未經(jīng)過橫河測(cè)試的交換機(jī)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包、鏈路不通等問題。

2 系統(tǒng)日常巡檢與相關(guān)檢修的注意事項(xiàng)

系統(tǒng)巡檢是儀表人員日常巡檢的一項(xiàng)重要內(nèi)容，每天應(yīng)對(duì)DCS控制室進(jìn)行巡回檢查。

2.1 DCS機(jī)柜間的巡檢

①DCS機(jī)柜間的溫度、濕度。其中環(huán)境溫度18～24 ℃，溫度變化率≤5 ℃/h；相對(duì)濕度40%～70%，在任何情況下，不允許有凝露。②電源運(yùn)行情況。橫河DCS系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)(Node)均為雙電源供電，一路為市電，另一路為UPS供電。應(yīng)查看每個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)電源模塊是否均工作正常，再查看UPS工作狀態(tài)是否正常(目前UPS電源均采用在線工作模式)，有無報(bào)警(我公司DCS系統(tǒng)UPS電源為山特Castle系列)。檢查各卡件和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)指示燈是否正常，一般卡件出現(xiàn)紅色、橙色指示燈閃爍或者常亮均可判斷為系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)上報(bào)儀表管理工程師進(jìn)行進(jìn)一步判斷處理。

2.2 操作站及工程師站的巡檢

檢查操作站各畫面切換情況，有無切換遲鈍、白屏現(xiàn)象，如有需對(duì)電腦進(jìn)行重啟；檢查各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)情況，如出現(xiàn)“****”，說明該儀表未組態(tài)，此種情況多出現(xiàn)在調(diào)試階段，或者該操作站掉線，所有儀表均會(huì)顯示“****”，此時(shí)應(yīng)檢查該操作站的網(wǎng)絡(luò)接線是否良好；檢查操作員鍵盤工作是否正常，有無設(shè)定值無法輸入情況，如有檢查操作員級(jí)別，OFFUSER級(jí)別只能查看，無法操作。工程師站巡檢除了以上內(nèi)容還應(yīng)檢查系統(tǒng)硬件狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、報(bào)表功能、長(zhǎng)趨勢(shì)功能是否正常，有無系統(tǒng)報(bào)警等。

2.3 與電氣專業(yè)有關(guān)的檢修注意事項(xiàng)

DCS系統(tǒng)往往需要接入很多電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、控制指令等信號(hào)，如電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備停機(jī)信號(hào)、變頻器的頻率反饋、給定等信號(hào)。在與電氣專業(yè)有關(guān)聯(lián)的類似檢修作業(yè)過程中，則要注意以下幾個(gè)方面：①凡是與電氣設(shè)備有關(guān)的開關(guān)量型號(hào)，必須加中間繼電器。電氣設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)多為無源的常開或常閉信號(hào)，而電氣設(shè)備的啟動(dòng)、停止命令因?yàn)楸仨毥尤腚姎鈧?cè)的控制回路，這些控制點(diǎn)必定會(huì)串入220 V的交流電，DCS系統(tǒng)的DI、DO卡件的供電及回路電壓基本都是24 V直流電。一旦將信號(hào)接反極易燒毀接線端子板，甚至是卡件，因此必須加入中間繼電器進(jìn)行隔離。②電氣、儀表工作人員必須協(xié)同工作，再三確保信號(hào)線、信號(hào)類型、有源無源等準(zhǔn)確無誤后，方可接入控制回路，送電，測(cè)電壓，最后聯(lián)調(diào)。③變頻器的變頻范圍為0～50 Hz，對(duì)應(yīng)DCS系統(tǒng)的輸出為0～100%，而很多電氣設(shè)備是不可能在15 Hz或者以下范圍工作的(低頻狀態(tài)下會(huì)造成設(shè)備損壞)，因此需對(duì)DCS系統(tǒng)的頻率給定輸出進(jìn)行限制，或者由電氣側(cè)在變頻器上進(jìn)行限制。

3 DCS系統(tǒng)涉及的定期作業(yè)

DCS系統(tǒng)維護(hù)的定期作業(yè)大致有四部分內(nèi)容：

①定期對(duì)操作站、工程師站進(jìn)行重啟。應(yīng)每月進(jìn)行一次，主要目的是為了清理系統(tǒng)緩存，釋放內(nèi)存，減少死機(jī)、白屏、畫面切換遲鈍等情況的發(fā)生。

②定期對(duì)工程師站進(jìn)行工程項(xiàng)目文件備份。每次組態(tài)修改后進(jìn)行備份(當(dāng)執(zhí)行重大檢修作業(yè)時(shí)，檢修前還應(yīng)對(duì)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行備份)。

③定期對(duì)操作站、工程師站進(jìn)行清灰操作。應(yīng)每年進(jìn)行一次，主要是為了清理操作站主機(jī)內(nèi)部灰塵，系統(tǒng)硬件整體斷電并啟動(dòng)，驗(yàn)證系統(tǒng)硬件健康情況，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)操作站軟、硬件故障。系統(tǒng)操作站屬于7×24 h不間斷運(yùn)行，每天都有大量的數(shù)據(jù)讀入和寫出，因此系統(tǒng)操作站的正常運(yùn)行壽命為3～5年，公司兩套橫河DCS系統(tǒng)操作站分別在2012年、2015年投入使用，均達(dá)到或超過廠家建議的正常運(yùn)行壽命，另外公司的內(nèi)操室基本處于完全開放狀態(tài)，人流量大，無防塵措施，主機(jī)內(nèi)部的灰塵積聚情況也比較嚴(yán)重。

操作站故障統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 操作站故障統(tǒng)計(jì)

從表1可知，系統(tǒng)操作站長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，硬件故障的幾率明顯升高。定期對(duì)主機(jī)進(jìn)行重新冷啟動(dòng)、內(nèi)部清掃操作，可以有準(zhǔn)備、有目的地發(fā)現(xiàn)一些帶病運(yùn)行的操作站，從而提前維修。主機(jī)硬盤的故障率最高，應(yīng)在重要的主機(jī)上進(jìn)行硬盤RAID，尤其是存放工程文件、長(zhǎng)趨勢(shì)數(shù)據(jù)、報(bào)表等數(shù)據(jù)的工程師站，大型工程項(xiàng)目工程師站應(yīng)采用服務(wù)器級(jí)別的。

④定期對(duì)DCS硬件系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢。一般在系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)檢修期后，對(duì)FCS系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢，主要是對(duì)系統(tǒng)卡件的狀態(tài)、通道信號(hào)是否正常、是否超差進(jìn)行逐一測(cè)試，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行一次整體冷啟動(dòng)，以消除長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以來的頑固報(bào)警、錯(cuò)誤等問題，也對(duì)機(jī)柜內(nèi)部的灰塵進(jìn)行清理，各電氣元件進(jìn)行檢查、排除隱患，最后出具點(diǎn)檢報(bào)告，對(duì)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、卡件損壞情況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，以便儀表工程師掌握硬件系統(tǒng)健康狀況，提前采買系統(tǒng)卡件，確保在硬件發(fā)生故障時(shí)，能夠隨時(shí)更換，同時(shí)也為維護(hù)單位儀表人員的系統(tǒng)巡檢指明了關(guān)注方向，實(shí)現(xiàn)有目的巡檢，從而共同確保DCS系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 應(yīng)對(duì)措施

DCS系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，尤其是操作站經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些致命故障：上位機(jī)組態(tài)數(shù)據(jù)下裝失敗、歷史數(shù)據(jù)參考失敗、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下裝失敗、數(shù)據(jù)報(bào)表獲取數(shù)據(jù)失敗、數(shù)據(jù)庫參考錯(cuò)誤、通訊故障等。一旦出現(xiàn)上述故障，會(huì)對(duì)系統(tǒng)功能的發(fā)揮造成較大影響，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大威脅。

在出現(xiàn)上述錯(cuò)誤時(shí)，儀表工程師應(yīng)首先查看各個(gè)操作站的參考數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否正常；然后在工程師站上下裝項(xiàng)目公共項(xiàng)、進(jìn)行等值化操作，如果進(jìn)行以上操作后，問題依然存在，則需對(duì)出現(xiàn)問題的操作站進(jìn)行重新裝機(jī)。

5 結(jié)語

DCS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)也是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的工作，中間會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，只用通過大量的經(jīng)驗(yàn)積累才能獲得豐富的系統(tǒng)維護(hù)保運(yùn)技能。目前隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，各系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、優(yōu)化升級(jí)也是大勢(shì)所趨，那么在系統(tǒng)安全防護(hù)、跨域訪問、多項(xiàng)目連接、MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問等方面也對(duì)系統(tǒng)運(yùn)維工程師提出了更高要求。