DCS集散控制系統(tǒng)的故障原因及運(yùn)行管理

張海濤 董勇勇

摘要：DCS集散控制系統(tǒng)又稱(chēng)集散控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)分散的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中控制和管理，達(dá)到最大限度降低效率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，該系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。作為企業(yè)“換機(jī)、降低自動(dòng)化”、智能化升級(jí)改造等產(chǎn)業(yè)政策的推行離不開(kāi)DCS系統(tǒng)的應(yīng)用，這是企業(yè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段的必然趨勢(shì)。由于DCS系統(tǒng)本身相對(duì)復(fù)雜，尤其是企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件非常復(fù)雜和惡劣的環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)操作穩(wěn)定性并不理想，所以DCS分布式控制系統(tǒng)故障的分析原因，采取有效措施，管理、DCS分布式控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：DCS集散控制系統(tǒng);故障原因;運(yùn)行管理

分類(lèi)號(hào)：TP273

引言

DCS系統(tǒng)包括硬件結(jié)構(gòu)、軟件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和控制設(shè)備組成。目前，一些小的集中控制系統(tǒng)應(yīng)用已在企業(yè)中廣泛開(kāi)展，如排水系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等自動(dòng)化應(yīng)用，在減少人員、提高效率方面發(fā)揮了一定的作用。實(shí)現(xiàn)企業(yè)集中控制是今后的發(fā)展趨勢(shì)。因此，DCS系統(tǒng)將在企業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，需要企業(yè)高層管理者的重視。

一、DCS系統(tǒng)軟硬件方面

1.DCS系統(tǒng)由專(zhuān)業(yè)廠家成套供應(yīng)

它的硬件和軟件共同構(gòu)成控制系統(tǒng)的大腦，在控制系統(tǒng)的構(gòu)建中起著決定性的作用。不同的DCS品牌價(jià)格和質(zhì)量都很大，甚至一線品牌的DCS系統(tǒng)質(zhì)量通過(guò)率也參差不齊。由于卡的元器件質(zhì)量和設(shè)計(jì)問(wèn)題，劣質(zhì)產(chǎn)品的信號(hào)采集不穩(wěn)定。在測(cè)試卡通道時(shí)，相鄰?fù)ǖ乐g的信號(hào)相互干擾，不能滿(mǎn)足控制和連鎖保護(hù)功能的要求。在系統(tǒng)雙電源開(kāi)關(guān)中，劣質(zhì)產(chǎn)品不能做無(wú)擾動(dòng)開(kāi)關(guān)，存在嚴(yán)重的安全隱患。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展，DCS系統(tǒng)不可缺少高質(zhì)量的配置、穩(wěn)定的安全供電、GPRS定時(shí)等配套設(shè)施要齊全。企業(yè)在成本控制上需要權(quán)衡利弊，對(duì)影響安全、系統(tǒng)功能、設(shè)備穩(wěn)定性等方面的投資要有長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光。

2.系統(tǒng)軟件及組態(tài)方面

系統(tǒng)平臺(tái)軟件應(yīng)具備穩(wěn)定可靠的功能，包括以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中心的數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)采集與處理、事故召回等功能。DCS的控制功能是通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)的。廠家應(yīng)該開(kāi)發(fā)豐富的算法程序，包括順序控制、PID控制、協(xié)調(diào)控制、非線性處理、執(zhí)行器控制模塊和各種定時(shí)、計(jì)數(shù)模塊。成熟的模塊開(kāi)發(fā)不僅能保證配置界面的人性化，還能滿(mǎn)足未來(lái)日益復(fù)雜的操作需求。當(dāng)劣質(zhì)產(chǎn)品中存在冗余服務(wù)器交換機(jī)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤動(dòng);在配置方面，缺少?gòu)?fù)雜的算法模塊，需要程序員花費(fèi)大量的精力來(lái)編譯測(cè)試，在安裝配置時(shí)出現(xiàn)意外釋放強(qiáng)制信號(hào)或刪除歷史數(shù)據(jù)等問(wèn)題。

二、DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及傳感器方面

第一，DCS系統(tǒng)采用以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)控制網(wǎng)絡(luò)，相比DCS的神經(jīng)系統(tǒng)。所有現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，傳感器信號(hào)通過(guò)I/O卡采集TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，DCS系統(tǒng)服務(wù)器、工程師站、操作員站等系統(tǒng)采用以太網(wǎng)連接，通過(guò)操作員站對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。該故障主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜數(shù)據(jù)采集上。為避免信號(hào)干擾，信號(hào)傳輸應(yīng)采用屏蔽電纜，信號(hào)電纜應(yīng)與電源線和強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備保持一定距離，并按規(guī)范要求敷設(shè)。

第二，DCS系統(tǒng)強(qiáng)、弱電氣設(shè)備有三種連接點(diǎn)，具體分為安全、系統(tǒng)和屏蔽，分別起保護(hù)人身安全、設(shè)備安全和抑制干擾的作用。信號(hào)線屏蔽層采用DCS機(jī)柜側(cè)面屏蔽地的單端接入原則，避免不同地電位對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的地電流的影響。不健全的單端接地、雙端接地或錯(cuò)誤的接地端子容易形成干擾，影響信號(hào)的采集和控制。

第三，現(xiàn)場(chǎng)傳感器是DCS系統(tǒng)的眼睛，集中控制人員通過(guò)傳感器了解工作狀況，在組態(tài)編程中所有的連鎖、保護(hù)、調(diào)節(jié)控制邏輯都取決于現(xiàn)場(chǎng)傳感器，所以傳感器的選擇非常重要。傳感器作為通用術(shù)語(yǔ)，其測(cè)量原理不同，傳輸?shù)男盘?hào)包括開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)。其中模擬量通過(guò)不同級(jí)別的mA和mV數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)。由于煤礦惡劣的工作條件，該傳感器的精度和故障率都很高。在安裝過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件、傳感器類(lèi)型、IP等級(jí)、品牌質(zhì)量等因素，最大限度地保證信號(hào)的有效性。

三、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備方面

DCS系統(tǒng)的最終目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。因此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。DCS系統(tǒng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)效率降低最關(guān)鍵的，這也要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行指令的準(zhǔn)確性。最常見(jiàn)的故障是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障，主要由設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題和設(shè)備選型安裝問(wèn)題引起。由于現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的IP級(jí)別選擇需要滿(mǎn)足需求，安裝需要滿(mǎn)足設(shè)備描述的要求。此外，日常維護(hù)需要加強(qiáng)。否則，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備拒收需要消耗專(zhuān)業(yè)維修人員大量的精力，不可能減少人員，提高效率。

四、常見(jiàn)故障及運(yùn)行管理方面

1.DCS系統(tǒng)復(fù)雜、成套設(shè)備較多，作為電子產(chǎn)品合格率標(biāo)準(zhǔn)各有不同。

設(shè)備在采購(gòu)和驗(yàn)收環(huán)節(jié)要注意，即使是一線品牌，質(zhì)量參差不齊。因?yàn)镈CS組態(tài)編程是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程，所以采購(gòu)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員要到廠家去學(xué)習(xí)，培養(yǎng)一批懂維護(hù)懂組態(tài)的技術(shù)人員。設(shè)備交付前，技術(shù)人員應(yīng)在制造商對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)收后交付設(shè)備。

2.后期維護(hù)、管理方面

DCS電子設(shè)備之間采用對(duì)講機(jī)通信;維護(hù)人員定期檢測(cè)I/O通道信號(hào)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換I/O通道或卡。配置程序應(yīng)定期保存。特別重要的是要注意，DCS系統(tǒng)為了防止病毒的入侵，上位機(jī)試圖屏蔽USB通道，而備份和保存配置試圖采取刻錄CD的方式?，F(xiàn)在很多企業(yè)為了方便需要，經(jīng)常使用手機(jī)終端系統(tǒng)進(jìn)行控制。出于安全考慮，建議設(shè)置權(quán)限管理，并記錄各操作站的IP，便于事故追憶。

3.總結(jié)優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)傳感器布置及控制組態(tài)

隨著現(xiàn)場(chǎng)工況的變化和控制要求的不斷提高，配置也需要適應(yīng)需求的不斷變化，不斷總結(jié)和優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)傳感器布局和控制配置。對(duì)于重要的保護(hù)、聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)和易受波動(dòng)干擾的信號(hào)，應(yīng)采用多種方法控制其穩(wěn)定性。例如，取三個(gè)模擬信號(hào)的中值和平均值，可以減小信號(hào)波動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)、模擬、視頻監(jiān)控和設(shè)備電流參數(shù)對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行了綜合分析。操作前應(yīng)由模擬手操作人員確認(rèn)配置圖，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)等。DCS管理人員應(yīng)建立配置編程記錄臺(tái)賬，及時(shí)記錄修改后的配置程序、領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)意見(jiàn)，便于其他人員掌握情況。此外，DCS系統(tǒng)還應(yīng)建立事故預(yù)案并準(zhǔn)備備件。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，一個(gè)好的DCS系統(tǒng)需要從施工、日常維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理、高品質(zhì)傳感器的使用以及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐渲玫确矫孢M(jìn)行細(xì)化。在實(shí)踐中，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和具體工況反復(fù)優(yōu)化配置，最大限度地實(shí)現(xiàn)精確控制。企業(yè)應(yīng)不斷提高維護(hù)管理人員的業(yè)務(wù)水平，認(rèn)真分析故障原因，做好運(yùn)行管理工作，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。做好以上方面的工作，DCS系統(tǒng)就能產(chǎn)生巨大的效益，達(dá)到減少人員、提高效率的目標(biāo)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

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