60萬t／a聯(lián)堿DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用及常見故障淺析

姜 彬，王 健

（1.大化集團(tuán)大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308；2.大化集團(tuán)硝銨廠，遼寧大連 116308）

60萬t／a聯(lián)堿DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用及常見故障淺析

姜 彬1，王 健2

（1.大化集團(tuán)大連化工股份有限公司，遼寧大連 116308；2.大化集團(tuán)硝銨廠，遼寧大連 116308）

簡要介紹了我公司60萬t／a聯(lián)堿DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用、作用效果，分析了系統(tǒng)使用中出現(xiàn)故障的原因，且給出了處理方法和建議。

DCS控制系統(tǒng)；應(yīng)用；實(shí)施效果；故障分析

2009年底，我公司在搬遷改造后投運(yùn)DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)已成為生產(chǎn)、運(yùn)行、操作的主要手段。我公司采用的是浙江中控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ECS—100集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足了對碳化、濾過、壓縮、煅燒、農(nóng)銨、精銨、冰機(jī)、干銨、鹽水等主輔設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)集中管理和分散控制。該系統(tǒng)自動化程度高，人機(jī)對話界面友好，自投運(yùn)以來系統(tǒng)整體優(yōu)化比較穩(wěn)定，保證了設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文就DCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、應(yīng)用、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行論述和解釋，并就投運(yùn)以來出現(xiàn)的部分故障進(jìn)行初步分析，簡要說明了處理方法。

1 DCS控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 ECS—100控制系統(tǒng)硬件組成

ECS—100控制系統(tǒng)硬件主要由工程師站、操作員站、控制站、交換機(jī)、電源箱、打印機(jī)、服務(wù)器、控制網(wǎng)、操作網(wǎng)、光纖、雙絞線、光纖接續(xù)盒、機(jī)柜、機(jī)籠、電源柜、端子柜、各種I／O卡件及相關(guān)的端子排等組成。且采用雙重化的冗余設(shè)計(jì)，冗余的通信網(wǎng)絡(luò)、冗余的供電系統(tǒng)、互為備用的操作員站、冗余的主控制卡和高可靠性的輸入和輸出組件（I／O卡）保證了系統(tǒng)的可靠性。

1.2 系統(tǒng)軟件組成

軟件主要由Windows2000Professional中文授權(quán)版、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件、OPC服務(wù)器軟件組成。ECS—100操作系統(tǒng)是基于先進(jìn)、可靠和成熟的Windows操作平臺，Windows2000操作系統(tǒng)平臺具有穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)抗病毒能力。ECS—100系統(tǒng)軟件是一套完善的軟件，友好的人機(jī)界面，主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成。各種國內(nèi)外DCS、PLC及現(xiàn)場智能設(shè)備都可以接入到ECS—100系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部過程控制設(shè)備信息的共享。系統(tǒng)組態(tài)軟件安裝在工程師站上，滿足系統(tǒng)各項(xiàng)功能的要求，可以實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、聯(lián)鎖保護(hù)、各種復(fù)雜的控制回路等功能。

1.3 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ECS—100系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)共有四成，分別是：管理信息網(wǎng)、過程信息網(wǎng)、過程控制網(wǎng)和I／O總線。它采用成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)成高速的冗余數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)過程控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的傳送。

1.4 軟件方面的應(yīng)用

除了常規(guī)的工藝參數(shù)點(diǎn)、控制回路、報(bào)警、趨勢和工藝流程圖外，該組態(tài)軟件在冰機(jī)機(jī)組和CO2壓縮機(jī)組的聯(lián)鎖控制、CO2壓縮機(jī)組防喘振、水平帶濾機(jī)的順控控制、氯化銨外冷器換熱的斜坡控制、凝水回收主備泵的控制啟動與停止等，表現(xiàn)出獨(dú)有的特點(diǎn)，所有的控制全部采用模塊化和ST語言編程來實(shí)現(xiàn)的。

2 DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用的效果

1）使用DCS控制系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)全面管理減少了繁重的現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)報(bào)表，及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋系統(tǒng)動態(tài)運(yùn)行的情況，各級管理對提供系統(tǒng)運(yùn)行情況的信息及時(shí)的分析并作出診斷和決策。

2）現(xiàn)場操作控制自動化，減少人工勞動強(qiáng)度和人工控制的偏差波動，穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行周期，提高生產(chǎn)效率。

3）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理現(xiàn)代化，對生產(chǎn)過程的原料利用、設(shè)備使用、作業(yè)計(jì)劃等方面進(jìn)行合理優(yōu)化，對生產(chǎn)過程控制產(chǎn)品的消耗、產(chǎn)量、質(zhì)量等進(jìn)行及時(shí)的分析和處理。

4）利用計(jì)算機(jī)的平臺進(jìn)行工藝指標(biāo)競賽、工藝查定的數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，提高工作效率。

5）儀表的日常維護(hù)便捷、快速，維護(hù)工作量大大減少。

6）保證整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，為各類工程技術(shù)人員不同要求的檢索和信息提供保證。

3 日常出現(xiàn)的主要故障和原因分析

DCS控制系統(tǒng)自投運(yùn)以來從整體上來說是比較穩(wěn)定的，在組態(tài)和現(xiàn)場安裝調(diào)試期間所暴露出來的問題，在DCS廠家技術(shù)人員的配合下大都得到及時(shí)的解決，但是隨著DCS系統(tǒng)的硬件和軟件的長時(shí)間運(yùn)行以及工藝控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的不斷增加和壯大，再加上軟件的升級，使系統(tǒng)所暴露出的問題也很突出，所涉及的有軟件方面，也有硬件方面的。具體總結(jié)如下：

3.1 電源故障

本套DCS系統(tǒng)采用雙路供電方式，一路為市電供電（我公司給DCS供電的市電是雙路互投的，即一路市電故障則通過電氣互投箱自動轉(zhuǎn)為另一路的）；而另一路為UPS供電。任何一路電源的故障都不會影響到控制機(jī)柜內(nèi)的卡件正常工作。主要常見的電源故障有：電氣互投箱電源不能互投備用，原因就是互投箱問題，互投箱設(shè)定錯(cuò)誤或者壞掉。另外重點(diǎn)就是UPS電源問題，DCS自投運(yùn)以來出現(xiàn)電源問題基本都是UPS造成的，由于我廠的崗位粉塵大、夏天潮濕、氯氨等介質(zhì)腐蝕性大，雖然DCS機(jī)柜室環(huán)境較好，但是長時(shí)間濕氣、腐蝕性氣體極易進(jìn)到機(jī)柜室，而UPS電源主機(jī)密封性差的特點(diǎn)，所以常常導(dǎo)致UPS電源主機(jī)故障，常見的UPS電源主機(jī)報(bào)警、不能正常切換備用，甚至主板短路燒毀不能工作，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)柜室總電源跳閘保護(hù)。為了解決這一問題，我們首先把進(jìn)入機(jī)柜室的電纜槽口用發(fā)泡劑封死，阻止腐蝕性氣體進(jìn)入到機(jī)柜室，通過空調(diào)控制機(jī)柜室溫度，保證機(jī)柜室溫度為正常室溫（18～24℃），保證機(jī)柜室干凈衛(wèi)生且干燥，經(jīng)常吹掃UPS電源，經(jīng)常有計(jì)劃對UPS電源進(jìn)行檢查，多備用UPS電源，通過這些措施就解決了UPS電源的故障。

3.2 操作員站故障

我廠的各工序操作員站和控制站均分布在各個(gè)工序，然后通過光纖上傳到總控調(diào)度室。從日常的維護(hù)來看主要有以下故障：

1）操作員站死機(jī)、故障停機(jī)無法啟動。主要原因有機(jī)器長時(shí)間工作負(fù)荷大、測點(diǎn)多、誤操作、中病毒、內(nèi)部組態(tài)軟件程序命令沖突、環(huán)境溫度高而風(fēng)扇冷卻跟不上等造成的死機(jī)。解決的常用辦法就是對該操作員站重新啟動，或者重裝系統(tǒng)和組態(tài)軟件，重新下載組態(tài)和傳送。由于我公司的操作員站都是冗余的，所以不影響生產(chǎn)操作。對于故障停機(jī)無法啟動的大都是因?yàn)榄h(huán)境的潮濕造成的主板壞掉、或者主機(jī)電源、硬盤、顯卡、內(nèi)存等故障。常常通過更換備品來解決的，另外特注重操作員站的環(huán)境衛(wèi)生，要保證干燥，經(jīng)常吹掃操作員站，降低其故障率。

2）鼠標(biāo)和操作員鍵盤不能正常工作。主要原因就是操作頻繁，使用不當(dāng)，接觸不良，環(huán)境粉塵大等造成的。出現(xiàn)這種情況大都是重新插拔或者更換備品加以解決的。主要是要注重日常的使用和保養(yǎng)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通訊故障

由于長時(shí)間使用，有時(shí)出現(xiàn)上下位機(jī)不能通訊，主機(jī)與操作員站不通訊，冗余網(wǎng)絡(luò)無法切換等。主要原因就是雙絞線插頭接觸不良、松動或者斷線，光纖斷裂，交換機(jī)故障等。針對這些問題都是通過更換雙絞線、光纖或者交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。而且要特別注意雙絞線和光纖的日常保護(hù)。

3.4 機(jī)柜里卡件、端子板故障

常見的有主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I／O卡件、接線端子板的問題。自DCS投運(yùn)以來發(fā)現(xiàn)的故障原因主要是現(xiàn)場的振動、粉塵大、潮濕、溫度高所造成的。解決辦法就是重新插拔、更換備品來處理的或者用其它沒有壞的接線端子板備用通道。對于壞的卡件只有返廠維修。平常要做足卡件備品，經(jīng)常在大修期間對機(jī)柜進(jìn)行停電吹掃卡件，要嚴(yán)格控制機(jī)柜室的溫度和濕度。

4 DCS系統(tǒng)的日常維護(hù)要求

通過我公司的DCS系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，要保證DCS系統(tǒng)更好的服務(wù)于生產(chǎn)，必須得加強(qiáng)DCS系統(tǒng)的日常維護(hù)，因此總結(jié)以下要求：

4.1 保持室內(nèi)清潔

1）控制柜內(nèi)應(yīng)處于封閉狀態(tài)，減少粉塵進(jìn)入；

2）環(huán)境溫度18～24℃，溫度變化率≤5℃／h；

3）相對濕度45%～70%，在任何情況下，不允許結(jié)露。冬季相對濕度不能維持在此范圍內(nèi)時(shí)，最低值應(yīng)以不產(chǎn)生靜電為宜；

4）裝置運(yùn)行時(shí)，控制柜內(nèi)不允許存在明顯的磁場和強(qiáng)烈的機(jī)械震動，不允許使用產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備。

4.2 供電系統(tǒng)參數(shù)

1）集散控制系統(tǒng)電源應(yīng)由UPS提供；

2）電壓波動＜10%額定電壓。

4.3 日常維護(hù)、巡檢要求

日常巡檢要求，巡檢周期每日一次，認(rèn)真填寫巡檢記錄，檢查內(nèi)容如下：

1）機(jī)柜間的環(huán)境溫度和濕度符合4.1項(xiàng)要求，空調(diào)運(yùn)行正常；

2）查看機(jī)柜間溫度，正常運(yùn)行時(shí)溫度應(yīng)在25℃左右；

3）主控單元及機(jī)柜濾網(wǎng)的清潔和完好程度；

4）控制柜頂部風(fēng)扇應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，無異音；

5）UPS運(yùn)行正常，無報(bào)警；

6）模塊運(yùn)行指示燈狀態(tài)正常；

7）互為冗余的兩主控單元或服務(wù)器應(yīng)為一主一備狀態(tài)；

8）操作員站和工程師站運(yùn)行正常，無死機(jī)和花屏現(xiàn)象；

9）查詢歷史記錄有無異常情況發(fā)生。

［1］ 王森，朱炳興.儀表工［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992

［2］ 浙江中控技術(shù)有限公司.WebField ECS—100系統(tǒng)使用手冊［M］.

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